[發明專利]一種石墨烯摻雜MnO2

在審

• 申請號: 202010695929.6
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111627728A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 葉志國;吳科奇;李多生;彭新元
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/28;H01G11/46;C25D5/06;C25D5/54;C25D9/04
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明公開一種石墨烯摻雜MnO₂碳布基柔性復合電極的制備方法，將加入分散劑TNRDIS的石墨烯分散水溶液、硫酸錳溶液的混合溶液作為刷鍍液，采用電刷鍍工藝，直接在作為陽極基體的柔性碳布表面刷鍍石墨烯與MnO₂的混合相，得到活性物質內部由石墨烯互聯形成三維導電網絡的石墨烯摻雜二氧化錳碳布基柔性復合電極。本發明工藝簡便成熟、時間周期短、制備效率高、刷鍍液環保無污染，由此制備的柔性電極表面活性材料與基體結合強度高、力學性能優異，可反復彎折，且具有高能量密度、低內阻和高比電容的性能優勢，適用于折疊設備、可穿戴式傳感器、航空航天等領域。

技術領域

本發明一種石墨烯摻雜MnO₂碳布基柔性復合電極的制備方法，涉及采用石墨烯對超級電容器電極材料二氧化錳摻雜改性的辦法，具體屬于電容器柔性電極材料技術領域。

背景技術

超級電容器是一種介于電池和傳統電容器之間的新型儲能裝置，具有高功率密度、高比電容、長壽命、大電流充放電等特點，因此在新能源汽車、應急能源、航空航天、便攜式設備等領域有著廣泛的應用前景。近年來，由于電子設備越來越趨向于便攜式、輕量化、可折疊彎曲柔性化，而現有的儲能設備包括離子鋰電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池等都無法具備柔性、高功率密度、高能量密度的優點，所以開發新型柔性儲能材料就變得愈發重要。

MnO₂是一種具有寬電位窗口、較高理論電容性能(1370 F g^-1)、自然資源儲量豐富、成本低、毒性低的電極材料，但由于其鍵合存在較多共價鍵和d²sp³的價電子雜化形式，導致MnO₂呈現硬脆性和載流子遷移率低的特點，這使得MnO₂易發生剝落和微結構坍塌現象，且在實際使用過程中比電容較低，不利于實際應用。石墨烯是一種良好的導電二維材料兼具優異的力學性能、大比表面積和輕量化特征，所以經常被用作與MnO₂復合來彌補MnO₂導電性不足、硬脆性較大特點的候選材料。市場上商用柔性碳布工藝成熟，能夠大批量生產，成本低、質量輕、厚度薄、柔韌性優異且導電性良好。因此以商用碳布為電極基體，采用電刷鍍工藝使石墨烯和MnO₂在刷鍍過程中自然進行摻雜過程，利用石墨烯高導電和高柔韌性特點，制備高體積比電容，高柔性，輕質靈活的超級電容器可穿戴式正極電極。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電刷鍍工藝制備石墨烯摻雜MnO₂的碳布基柔性復合電極的方法，使得石墨烯摻雜MnO2柔性電極在高活性物質搭載量的條件下兼具高比電容和高穩定性、高柔韌性的特點。

本發明一種石墨烯摻雜MnO₂碳布基柔性復合電極的制備方法采用電刷鍍工藝的方式，以石墨烯分散水溶液、硫酸錳溶液的混合溶液作為刷鍍液直接在作為陽極基體的柔性碳布表面電刷鍍石墨烯與MnO₂的混合相，得到石墨烯摻雜二氧化錳的碳布基柔性復合電極：

步驟1：將石墨烯加入到分散劑TNRDIS（石墨烯水分散劑）的水溶液中，超聲分散40~80min，得到石墨烯水分散液與硫酸錳溶液的混合液作為刷鍍液，其中石墨烯含量為0.1 ~5.0 mg mL^-1，分散劑含量為0.02~1.0 mg mL^-1，硫酸錳溶液的濃度為0.1 ~ 0.5 mol L^-1；

步驟 2：將刷鍍機陽極電極夾夾住柔性碳布的電極引線，刷鍍機陰極電極夾夾住刷鍍筆，將刷鍍筆浸入步驟1配制的刷鍍液中，待完全浸濕后，打開刷鍍機電源，調整輸出電壓為6.0 ~10.0 V，在陽極基體柔性碳布表面進行電刷鍍，電刷鍍結束后用去離子水反復清洗制備的陽極電極3~5min，其中刷鍍時間為120 ~ 600 s，刷鍍液溫度控制為50~80℃；