[發(fā)明專利]一種石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810054864.X
• 申請(qǐng)日: 2018-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108390064A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉偉;周怡;張潤(rùn)婧;王嘉赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/66;H01M4/04;H01G11/36
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極及其制備方法，制備時(shí)，先采用水熱法還原氧化石墨烯，得到石墨烯分散液；再將活性物質(zhì)與石墨烯分散液混合均勻，得到混合分散物；最后將混合分散物抽濾、洗滌后，即得到石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用石墨烯替代傳統(tǒng)電極中的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑與集流體，得到了具有良好柔性的自支撐混合凝膠電極薄膜，該電極具有優(yōu)越的比容量與倍率性能，并可適用于多種活性材料及溶液體系，在電池、超級(jí)電容器等多種能源存儲(chǔ)體系中或其他功能復(fù)合材料領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極及其制備方法。

背景技術(shù)

電極對(duì)能源存儲(chǔ)器件的性能表現(xiàn)至關(guān)重要，傳統(tǒng)電極的活性材料基本都呈粉狀或分散液狀，傳統(tǒng)電極在制備時(shí)，將活性材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)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(jié)劑為聚合物，這些聚合物粘結(jié)劑的存在會(huì)影響電子傳導(dǎo)性，損害活性材料的電化學(xué)性能；集流體則通常需要使用昂貴的金屬薄膜。因此在傳統(tǒng)電極中，導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑與集流體的加入不僅會(huì)增加額外的成本，損害活性物質(zhì)性能，還會(huì)占用過(guò)多的質(zhì)量與體積，使得能源存儲(chǔ)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(tǒng)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(duì)柔性電極的需要。而現(xiàn)有的柔性電極通常是通過(guò)將納米級(jí)活性材料負(fù)載在柔性導(dǎo)電集流體上制備而成，成本高昂，難以大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，而且無(wú)法與商業(yè)化的活性材料如活性炭或磷酸鐵鋰等兼容。

因此，目前迫切需要開(kāi)發(fā)出一種能夠適用于多種活性材料、多種電化學(xué)儲(chǔ)能體系的柔性電極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)采用水熱法還原氧化石墨烯，得到石墨烯分散液；

2)將活性物質(zhì)與石墨烯分散液混合均勻，得到混合分散物；

3)將混合分散物抽濾、洗滌后，即得到所述的石墨烯基柔性自支撐混合凝膠電極。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的水熱法還原過(guò)程中，還原劑為水合肼。水熱法還原過(guò)程中，也可不使用還原劑。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的水熱法還原過(guò)程中，還原溫度為室溫至200℃，還原時(shí)間為15min-12h。

進(jìn)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(shù)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(jìn)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(jìn)一步地，步驟1)中，所述的石墨烯分散液中，石墨烯的質(zhì)量濃度為0.1-10mg/mL。

進(jìn)一步地，步驟2)中，所述的活性物質(zhì)與石墨烯的質(zhì)量比為9.5:1-90.25。即活性物質(zhì)與石墨烯的質(zhì)量比為1:9.5至9.5:1。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的活性物質(zhì)包括活性炭、磷酸鐵鋰或二氧化錳中的一種或多種。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的活性物質(zhì)呈粉末狀、顆粒狀或分散液狀。