[發(fā)明專利]一種導電碳基底負載石墨烯氣凝膠復合電極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112467111B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 王榮華;袁靖;徐朝和;李新祿
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發(fā)明公開了一種導電碳基底負載石墨烯氣凝膠復合電極及其制備方法，該復合電極的石墨烯氣凝膠一部分滲透到導電碳基底的孔隙中，剩余部分石墨烯氣凝膠負載在導電碳基底的表面。制備方法是：1、將過渡金屬鹽或活性物質粉體加入到氧化石墨烯分散液中，2、將步驟1制得的混合溶液A滴加在導電碳基底上，冷凍干燥；3、將導電碳基底負載的前驅體氣凝膠放入加熱爐中，在保護氣體下進行熱處理。本發(fā)明技術效果是：避免石墨烯氣凝膠的研磨，不用導電劑和粘結劑，石墨烯氣凝膠導電網絡的網孔沒有堵塞，提高了復合電極的電性能，且結構緊密，不脫落。

技術領域

本發(fā)明屬于電極技術領域，具體涉及一種石墨烯氣凝膠復合電極和該電極制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高，循環(huán)壽命長等特點，在便攜式電子設備，電動汽車和電網儲能等方面承擔重要作用。然而，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用石墨類碳負極材料，其理論比容量低（372?mAh?g^-1），而且嵌鋰電位平臺接近金屬鋰，快速充電易發(fā)生“析鋰”現象引發(fā)安全隱患。鈉離子電池具有與鋰離子電池類似的電化學機制，同時鈉離子豐度較高，有利于電池成本的降低。然而，鈉離子半徑較大，石墨層間距不能有效儲鈉，因此尋找新型材料以用于鋰離子和鈉離子電池是十分重要的

過渡金屬氧化物（TMOs）、過渡金屬硫化物（TMSs）、納米硅、納米硒化物等電化學活性物質具有較高的理論比容量、成本低、環(huán)境友好，是非常有潛力的鋰離子電池和鈉離子電池負極材料。然而，這些材料的固有電導率低，在Li⁺/Na⁺嵌入/脫出過程中體積變化較大，在循環(huán)過程中活性物質易粉碎、聚集，進而與集流體發(fā)生脫離，導致活性物質利用率降低且電化學性能快速衰減。目前常用的方法是將上述電化學活性物質和高導電性的材料進行復合來改善電極的電導率和結構穩(wěn)定性。

文獻“Recent?Advances?in?3D?Graphene?Architectures?and?TheirComposites?For?energy?storage?Applications”,?Zhijie?Wang,?Hong?Gao,?QingZhang,?Yuqing?Liu,?Jun?Chen,?and?Zaiping?Guo.?Small,?2018,1803858?(1of?21)（“三維石墨烯結構及其復合材料在儲能領域的最新進展”，Zhijie?Wang,?Hong?Gao,?QingZhang,?Yuqing?Liu,?Jun?Chen,?and?Zaiping?Guo.?Small,?2018,1803858）記載：石墨烯的導電率高、結構穩(wěn)定、機械性能優(yōu)異，通常被用作基底材料，與電化學活性物質進行復合制備三維（3D）復合結構的氣凝膠，在氣凝膠內部，石墨烯納米片相互連接形成3D連續(xù)的導電網絡，比表面積高且具有豐富的微孔、介孔和大孔等分級孔結構。同時，3D相連的網絡結構可提供較大的內部反應區(qū)域和用于電化學反應的定向分子傳輸路徑，有利于電化學過程中離子和電子的遷移，從而提高電池電化學性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

根據文獻“Graphene?aerogels?for?efficient?energy?storage?andconversion”，Jiajun?Mao,?James?locozzia,?Jianying?Huang,?Kai?Meng,?Yuekun?Laiand?Zhiqun?Lin,?Energy??Environmental?Science?2018,?11,?772-799（“用于高效能量儲存和轉換的石墨烯氣凝膠”，?Jiajun?Mao,?James?locozzia,?Jianying?Huang,?KaiMeng,?Yuekun?Lai?and?Zhiqun?Lin,?Energy??Environmental?Science?2018,?11,772-799）的記載：目前，石墨烯氣凝膠在制備電池電極的應用有：

1、金屬-空氣電池或燃料電池中的ORR反應的電極材料包括：純石墨烯氣凝膠；由金屬氧化物和石墨烯復合的石墨烯氣凝膠。