[發明專利]石墨烯作為導電粘結劑制備柔性自支撐電極的方法及電極

在審

• 申請號: 201810053681.6
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108390063A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 楊曉偉;周怡;王嘉赫;張潤婧
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/139;H01G11/22;H01G11/86
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及石墨烯作為導電粘結劑制備柔性自支撐電極的方法及電極，制備時，先將氧化石墨烯溶液與電極活性材料混合均勻，得到混合漿料；再對混合漿料進行干燥，得到三維氣凝膠；之后對三維氣凝膠進行成型；最后在氣體保護下進行高溫煅燒，即得到柔性自支撐電極。與現有技術相比，本發明用石墨烯替代傳統電極中的導電劑、粘結劑與集流體，得到了具有良好柔性的自支撐電極薄膜，可適用于多種活性材料及溶液體系，在電池、超級電容器等多種能源存儲體系中或其他功能復合材料領域中具有較大的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學儲能與復合材料制備技術領域，涉及一種石墨烯作為導電粘結劑制備柔性自支撐電極的方法及電極。

背景技術

電極對能源存儲器件的性能表現至關重要，傳統電極的活性材料基本都呈粉狀或分散液狀，傳統電極在制備時，將活性材料與導電劑、粘結劑混合成漿料并涂覆在集流體上，即可形成電極。然而，由于粘結劑為聚合物，這些聚合物粘結劑的存在會影響電子傳導性，損害活性材料的電化學性能；集流體則通常需要使用昂貴的金屬薄膜。因此在傳統電極中，導電劑、粘結劑與集流體的加入不僅會增加額外的成本，損害活性物質性能，還會占用過多的質量與體積，使得能源存儲器件的能量密度受到較大限制。此外，這些采用攪漿涂布方法制備的傳統電極在柔性方面也存在很大的不足，難以滿足可穿戴器件對柔性電極的需要。而現有的柔性電極通常是通過將納米級活性材料負載在柔性導電集流體上制備而成，成本高昂，難以大規模生產應用，而且無法與商業化的活性材料如石墨或磷酸鐵鋰等兼容。

因此，目前迫切需要開發出一種能夠適用于多種活性材料、多種電化學儲能體系的柔性電極。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種石墨烯作為導電粘結劑制備柔性自支撐電極的方法及電極。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

石墨烯作為導電粘結劑制備柔性自支撐電極的方法，該方法包括以下步驟：

1)將氧化石墨烯溶液與電極活性材料混合均勻，得到混合漿料；

2)對混合漿料進行干燥，得到三維氣凝膠；

3)對三維氣凝膠進行成型；

4)在氣體保護下進行高溫煅燒，即得到柔性自支撐電極。

進一步地，步驟1)中，所述的氧化石墨烯由石墨制備而成，所述的石墨的目數為10-325目。可采用Hummers法制備氧化石墨烯(參考Kovtyukhova N I,Ollivier P J,Martin B R,et al.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films frommicron-sized graphite oxide sheets and polycations[J].Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)。

進一步地，所述的石墨為鱗片石墨或膨脹石墨中的一種或兩種。

進一步地，步驟1)中，所述的氧化石墨烯溶液的質量濃度為0.5-30mg/mL。

作為優選的技術方案，所述的氧化石墨烯溶液中，溶劑為水或有機溶劑。

作為進一步優選的技術方案，所述的有機溶劑包括乙醇、丙酮、叔丁醇或NMP(N-甲基吡咯烷酮)中的一種。

進一步地，步驟1)中，所述的電極活性材料包括石墨、磷酸鐵鋰或硅中的一種或多種。

作為優選的技術方案，所述的電極活性材料呈粉末狀、顆粒狀或分散液狀。

進一步地，步驟1)中，所述的電極活性材料與氧化石墨烯的質量比為9:1-81。即電極活性材料與氧化石墨烯的質量比為1:9至9:1。