[发明专利]一种高比容电极薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其是涉及一种高比容量电极薄膜及其制造方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件，因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。超级电容器具有广泛的用途。与燃料电池等高能量密度的物质相结合，超级电容器能提供快速的能量释放，满足高功率需求，从而使燃料电池可以仅作为能量源使用。目前，超级电容器的能量密度可高达20kW/kg，已经开始抢占传统电容器和电池之间的这部分市场。

超级电容器主要由集流体、电极、电解质和隔膜等四部分组成，其中电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素之一。研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。

通常来说，电极材料主要有三种类型：碳材料、导电高聚物和金属氧化物。

由于碳材料主要依靠材料的表面储能，与金属氧化物和导电聚合物等准电容材料相比，其质量比容量始终不高。因此，近年来利用复合的方式将碳材料与准电容材料组合起来成为提高电容器比能量的一个有效方式。例如碳与金属氧化物及其水合物，碳与导电聚合物所制成的复合材料在充放电时既产生双电层电容也产生法拉第电容，因而制备的电容器同时具有较高的能量密度和功率密度。但是如何实现碳材料尤其是碳纳米结构材料与金属氧化物或导电聚合物间的良好协同效应，从而最大限度获得高比容量并具有良好稳定性仍然是函待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种制造高比容电极薄膜的方法，其中该方法制造的超级电容器高比容电极薄膜采用还原氧化石墨烯为基体，通过复合导电聚合物和无机金属氧化物，从而使得电极具有较高的比容量。

本发明的目的之一是提供一种具有较高比容量的高比容电极薄膜。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种制造高比容电极薄膜的方法，其特征在于，包括：步骤A：将氧化石墨烯材料分散于有机溶剂中，获得氧化石墨烯分散液；步骤B：将所述氧化石墨烯分散液铺展于LB膜槽中的去离子水表面，并采用LB成膜方法将氧化石墨烯转移沉积至基片表面；步骤C：将所述基片上的氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯；步骤D：用电化学沉积方法在所述还原氧化石墨烯表面沉积金属氧化物；步骤E：用化学气相沉积方法在所述金属氧化物层上沉积导电聚合物。从而获得一种高比容量的电极薄膜。

一个实施例中，所述步骤C包括：将沉积了所述氧化石墨烯的所述基片置于含有水蒸气的高温密闭环境进行还原。

一个实施例中，所述高温密闭环境的温度为190至210摄氏度。

一个实施例中，所述金属氧化物为二氧化锰、二氧化钌和二氧化钒。

一个实施例中，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩或聚3,4-乙烯二氧噻吩。

一个实施例中，所述基片为氧化铟锡或者铝箔。

一个实施例中，所述有机溶剂为甲醇或异丙醇的去离子水溶液。

本发明的实施例中还提供了一种高比容电极薄膜，其特征在于，包括基片；还原氧化石墨烯层，所述还原氧化石墨烯层形成在所述基片上；金属氧化物层，所述金属氧化物形成在所述还原氧化石墨烯层上；导电聚合物层，所述导电聚合物层形成在所述金属氧化物层上。

一个实施例中，所述金属氧化物为二氧化锰、二氧化钌或二氧化钒。

一个实施例中，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩或聚3,4-乙烯二氧噻吩。

本发明实施例所提供的制造高比容电极薄膜的方法中，采用还原氧化石墨烯LB膜作为电极薄膜基体，其具有比表面积大、导电特性好的优点，在其表面沉积导电聚合物可以有效的防止聚合物在充放电过程中的收缩和形变导致的比容量变化。另外，通过在还原氧化石墨烯上沉积金属氧化物和导电聚合物，使得电极材料同时含有双电层电容和赝电容，因而可以大大增加电极薄膜的比容量。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种制造高比容电极薄膜的方法的流程示意图。

图2是根据本发明的实施例的方法制造的高比容电极薄膜的结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制造高比容电极薄膜的方法的具体步骤。

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种制造高比容电极薄膜的方法包括步骤10、步骤12、步骤14、步骤16和步骤18。

步骤10：制备氧化石墨烯分散溶液。