[发明专利]一种柔性石墨烯导电电极、制备方法、应用及柔性可弯曲超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于柔性电极技术领域，具体涉及一种柔性石墨烯导电电极，同时还涉及一种柔性石墨烯导电电极的制备方法、应用及使用该柔性石墨烯导电电极的柔性可弯曲超级电容器。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、输出功率大、输出电压高、可循环、无记忆效应的电化学储能元器件。随着大气污染的加剧，锂离子电池作为纯电动车、混合电动车的动力源逐渐受到重视。

锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成。充电时，Li⁺从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li⁺从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。其中，锂离子电池发生化学反应进行储能的部位在其正负极片上，极片的制造在锂离子电池制造中占据重要的地位。传统的极片制造过程包括电极活性材料与导电剂、粘结剂的混料过程、涂布过程(将混合的液态浆料固定在导电集流体的过程)、干燥、极片压光过程等。其中的混料过程涉及到各种活性材料的混合，导电剂以及粘结剂的添加工艺，过程复杂。

双电层超级电容器(又称为超级电容，Super Capacitor或Ultra Capacitor)，是近年来随着材料科学的突破而出现的新型储能元件。超级电容器具有大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长；放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源。在比能量和比功率两个性能参数上超级电容器位于电池和传统电容之间，循环寿命和充放电效率都远远高于电池，其作为独立的功率输出装置以及与锂离子电池配合使用，都引起了广泛的研究。

超级电容器是利用电极表面形成双电层或者发生二维或者准二维法拉第反应存储电能。决定超级电容器性能的关键因素是其电极材料的制备以及电极的制备工艺。超级电容器常用的电极材料为活性炭、炭气凝胶等多孔碳材料，利用其多孔的性质储存电荷。但是，该类物质往往导电性能过差，需要添加导电剂，并且需要借助绝缘粘结剂的加入来形成网络结构，通过引入导电基底来传递电荷。该种混合的制造工艺以及绝缘粘结剂的加入致使超级电容器的内阻升高，并且生产工艺复杂。

另外，目前电化学储能装置所用电极多为硬质电极，电极板为平面不可弯曲，限制了电化学储能装置的形状及多样性的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性石墨烯导电电极，解决现有导电电极工艺复杂，需要添加多种辅料，且多为硬质不可完全的问题。

本发明的第二个目的是提供一种柔性石墨烯导电电极的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种柔性石墨烯导电电极在制备电化学储能装置方面的应用。

本发明的第四个目的是提供一种使用上述柔性石墨烯导电电极的柔性可弯曲超级电容器。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种柔性石墨烯导电电极，是由石墨材料通过电子插层-气相剥离的方法制成石墨烯薄片，再由石墨烯薄片通过溶液自组装的方式制成的柔性电极。

所述石墨烯薄片的单片大小为10nm²～1000μm²，碳原子层的层数为1～100。

所述柔性电极中，石墨烯材料的质量百分含量为100％。

一种上述的柔性石墨烯导电电极的制备方法，包括下列步骤：

1)取含氟锂盐加入碳酸酯中，再加入石墨材料，分散均匀后得混合物A；

2)将步骤1)所得混合物A置于密闭环境中，通入惰性气体，并向混合物A持续施加外接电压，得到含有石墨烯薄片的混合物B；

3)将步骤2)所得混合物B进行油浴加热，在气液界面形成自组装的柔性石墨烯导电电极。

将所得到的柔性石墨烯导电电极从溶液中取出，经过乙醇溶液淋洗后，经过60～90℃低温干燥20～120min后，即可使用。

步骤1)中，所述含氟锂盐为四氟硼酸锂或六氟磷酸锂；所述碳酸酯为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的任意一种或两种的混合物。

优选的，所述碳酸酯为碳酸丙烯酯或碳酸丙烯酯与碳酸乙烯酯的混合物。

当所述碳酸酯为碳酸丙烯酯与碳酸乙烯酯的混合物时，该混合物中碳酸丙烯酯的体积浓度≥10％。

所述石墨材料为具有层状结构的石墨材料，包括人造石墨、天然鳞片石墨、硬碳等。

步骤1)中，每1L碳酸酯加入1～100g含氟锂盐。

步骤1)中，加入的石墨材料与含氟锂盐的质量比为10～100:1～100。