[发明专利]一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器

说明书

本发明提供了一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器。本发明提供的石墨烯柔性复合电极包括：聚二甲基硅氧烷基底、三维石墨烯集流体和电极活性材料；所述三维石墨烯集流体的一部分填充于所述聚二甲基硅氧烷基底中，另一部分负载所述电极活性材料。本发明提供的柔性复合电极能够使柔性超级电容器和柔性微型超级电容器的比容量分别可达0.5～1F/cm²和30～50mF/cm²，且分别在反复弯曲折叠5000和2000次后容量保持率高于80％。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器。

背景技术

随着科学技术的进步、工业化和信息化的迅速发展，计算机、移动电话等电子产品已成为生活中的必需品，且这些电子产品逐步向便携化迈进，如台式机向笔记本的转变；而对于便携化的电子设备，其储能系统需要具有良好的供电性能才能使电子设备脱离固定电源的约束，成为能够方便使用的可移动装置。截止目前，超级电容器由于具有高容量、高功率密度、高充放电速度等优点而成为移动电子设备中应用最为广泛的储能器件。

传统的超级电容器主要包括正负极、隔膜和电解质，其结构形状较为简单。近年来，随着便携式和可穿戴电子设备的发展，柔性超级电容器的研究成为了热点。柔性电容器主要由基底、电极和电解质组成；不同于传统超级电容器的是，柔性超级电容器中，基底、电极和电解质均是柔性的，能够赋予电容器各式各样的形状，可以提供更加丰富的形态和功能，更能够满足电子设备的发展需求。

柔性电极作为柔性超级电容器的核心部件直接决定了电容器的性能，在弯曲状态下，电容器的正负电极处于压应力和拉应力状态，而反复弯折容易造成电极结构破坏，如电极材料开裂甚至从柔性基底上脱离等，引起储能器件的性能下降。目前，三维石墨烯由于优异的导电性、大的比表面积等特点而被广泛作为柔性集流体应用于柔性电极中，一方面，三维石墨烯孔结构可以提高集流体与电极活性材料的接触面积，另一方面，其连续的三维网络结构还可以降低电极材料弯折过程中所受到的应力，降低上述的电极材料开裂及脱落风险。但是，采用三维石墨烯的电极，存在着抗断裂能力差等缺陷，影响电容器的性能稳定性。因此，如何获得同时具有优异的电化学性能和力学性能的柔性电极仍然面临着不小的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器。本发明提供的石墨烯柔性复合电极同时具有优异的电化学性能和力学性能。

本发明提供了一种石墨烯柔性复合电极，包括：聚二甲基硅氧烷基底、三维石墨烯集流体和电极活性材料；

所述三维石墨烯集流体的一部分填充于所述聚二甲基硅氧烷基底中，另一部分负载所述电极活性材料。

优选的，所述电极活性材料为聚苯胺。

优选的，所述电极活性材料在三维石墨烯集流体上的负载量为1～3mg/cm²；

所述聚二甲基硅氧烷基底中被三维石墨烯集流体填充的厚度小于聚二甲基硅氧烷基底的总厚度。

优选的，所述三维石墨烯集流体包括叉指状集流体。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的石墨烯柔性复合电极的制备方法，包括以下步骤：

a)以泡沫金属片为模板，利用化学气相沉积法在所述模板上生长沉积三维石墨烯，经化学刻蚀除去所述泡沫金属片后得到三维石墨烯集流体；

b)在聚二甲基硅氧烷薄膜表面涂布聚二甲基硅氧烷胶体，将三维石墨烯集流体的一部分置于所述胶体中，加热固化，形成一体式基底-集流体；

c)利用电化学沉积法在所述一体式基底-集流体中的三维石墨烯集流体上沉积电极活性材料，得到石墨烯柔性复合电极。