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一種柔性電極材料的制備方法與流程

文檔序號:11412577閱讀:777來源:國知局
一種柔性電極材料的制備方法與流程
本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域,涉及一種柔性電極材料的制備方法,具體涉及一種二氧化錳/石墨烯柔性電極材料的制備方法。

背景技術(shù):
近年來,隨著電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展,柔性儲能裝置因具有厚度薄、質(zhì)量輕、柔韌性好、可拉伸等特點,逐步應(yīng)用于可折疊設(shè)備、可穿戴性傳感器、植入性醫(yī)療設(shè)備等。一般電池大多用銅箔和鋁箔作為集流體,涂在銅箔或鋁箔上面的活性物質(zhì)在彎曲的時候很容易與集流體分離,所以這些材料不能用于柔性電池。不同于傳統(tǒng)電池,柔性電池要求電池的正極、負極、隔膜和電解質(zhì)都必須是柔性的。而且柔性電池具有更好的能量和更小的體積,這就要求電極材料具有更高的能量密度。為了解決上述問題,必須合成新的材料或者是對現(xiàn)在的材料進行修飾或者改進。石墨烯是近年發(fā)現(xiàn)的二維碳原子晶體,是一種單層或多層極薄的石墨材料,單層的石墨烯中,每個碳原子都有一個未成鍵的電子,因此具有非常好的導(dǎo)電性;石墨烯中電子的運動速度達到了光速的1/300,遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度,因此,石墨烯具有良好的導(dǎo)電性。因為其具有較大的比表面積,良好的電、熱傳導(dǎo)性能和靈活的結(jié)構(gòu),所以作為儲能材料的應(yīng)用受到了極大的關(guān)注。專利公開號CN102568847A用電沉積法在石墨烯表面電沉積二氧化錳制備二氧化錳/石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用于超級電容器,但是并未提及復(fù)合材料的柔韌性。專利公開號CN103762096A中討論了在氧化石墨烯溶液的兩端施加正負脈沖電信號,制備柔性電極材料石墨烯紙,但是并未提及和二氧化錳復(fù)合的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種柔性電極材料的制備方法。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種柔性電極材料的制備方法,包括以下步驟:1)以石墨烯薄膜作為電極材料,以石墨烯和錳鹽的水溶液為電解液、以硫酸調(diào)節(jié)電解液酸度,采用恒電流法電化學沉積,在石墨烯薄膜表面沉積二氧化錳和石墨烯的復(fù)合材料。2)將電化學沉積后的材料在300~380℃條件下煅燒1~24h,煅燒后即可獲得柔性電極材料。進一步的,上述電解液中石墨烯的濃度為0.1~100mg/ml,硫酸的濃度為0.2~1.0mol/L,錳鹽的濃度為0.15~1.5mol/L。進一步的,上述電解液中石墨烯的濃度為1~10mg/ml,硫酸的濃度為0.2~0.5mol/L,錳鹽的濃度為0.6~1.0mol/L。進一步的,上述錳鹽為+2價的錳鹽。進一步的,上述恒電流法電化學沉積時的恒電流范圍為20~100Am-2,沉積時溫度為20~100℃,沉積時間為1~3600s。進一步的,上述恒電流法電化學沉積時的恒電流范圍為20~80Am-2,沉積時溫度為80~100℃,沉積時間為1500~3000s。進一步的,上述所制備的柔性電極材料的厚度為0.01mm~5mm。進一步的,上述所制備的柔性電極材料中二氧化錳的質(zhì)量百分含量為5%~80%。本發(fā)明的有益效果是:1)本發(fā)明方法制備的二氧化錳/石墨烯復(fù)合材料,與傳統(tǒng)電解法制備二氧化錳相比,制備的復(fù)合材料比表面積更大,材料放電性能更好。2)為了實現(xiàn)具有柔性可彎曲的電源裝置的制備,本發(fā)明通過使用石墨烯膜狀產(chǎn)物經(jīng)電化學沉積過程,制備出具有機械性能好可彎折的石墨烯/二氧化錳復(fù)合電極材料。3)本發(fā)明制備復(fù)合電極材料不需要粘結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑和集流體可以直接做電極,工藝簡單。4)本發(fā)明電沉積方法實現(xiàn)石墨烯和二氧化錳的復(fù)合,無需大量使用有毒的化學試劑。與現(xiàn)有的化學合成法相比,本發(fā)明的方法是非常綠色環(huán)保。5)本發(fā)明方法過程中二氧化錳的粒徑與分布密度能通過調(diào)節(jié)電解液的組成和電解參數(shù)(包括電解電流、時間和溫度)實現(xiàn)精準控制,因此電沉積過程的重現(xiàn)性好。附圖說明圖1實施例1得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的電子照片;圖2實施例1得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的透射電鏡圖;圖3實施例1得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的掃描電鏡圖;圖4實施例3得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的掃描電鏡圖;圖5實施例4得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的掃描電鏡圖;圖6實施例1和2得到二氧化錳/石墨烯復(fù)合柔性電極的放電曲線。具體實施方式一種柔性電極材料的制備方法,包括以下步驟:1)以石墨烯薄膜作為電極材料,以石墨烯和錳鹽的水溶液為電解液、以硫酸調(diào)節(jié)電解液酸度,采用恒電流法電化學沉積,在石墨烯薄膜表面沉積二氧化錳和石墨烯的復(fù)合材料。2)將電化學沉積后的材料在300~380℃條件下煅燒1~24h,煅燒后即可獲得柔性電極材料。優(yōu)選的,上述電解液中石墨烯的濃度為0.1~100mg/ml,硫酸的濃度為0.2~1.0mol/L,錳鹽的濃度為0.15~1.5mol/L。更優(yōu)選的,上述電解液中石墨烯的濃度為1~10mg/ml,硫酸的濃度為0.2~0.5mol/L,錳鹽的濃度為0.6~1.0mol/L。優(yōu)選的,上述錳鹽為+2價的錳鹽。更優(yōu)選的,上述錳鹽選自硫酸錳、醋酸錳、氯化錳、碳酸錳和硝酸錳中至少一種。優(yōu)選的,上述恒電流法電化學沉積時的恒電流范圍為20~100Am-2,沉積時溫度為20~100℃,沉積時間為1~3600s。更優(yōu)選的,上述恒電流法電化學沉積時的恒電流范圍為20~80Am-2,沉積時溫度為90~100℃,沉積時間為1500~3000s。優(yōu)選的,上述步驟2)中煅燒的溫度為10~24h。上述所制備的柔性電極材料的厚度為0.01mm...
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