[发明专利]石墨烯作为导电粘结剂制备柔性自支撑电极的方法及电极

说明书

本发明涉及石墨烯作为导电粘结剂制备柔性自支撑电极的方法及电极，制备时，先将氧化石墨烯溶液与电极活性材料混合均匀，得到混合浆料；再对混合浆料进行干燥，得到三维气凝胶；之后对三维气凝胶进行成型；最后在气体保护下进行高温煅烧，即得到柔性自支撑电极。与现有技术相比，本发明用石墨烯替代传统电极中的导电剂、粘结剂与集流体，得到了具有良好柔性的自支撑电极薄膜，可适用于多种活性材料及溶液体系，在电池、超级电容器等多种能源存储体系中或其他功能复合材料领域中具有较大的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学储能与复合材料制备技术领域，涉及一种石墨烯作为导电粘结剂制备柔性自支撑电极的方法及电极。

背景技术

电极对能源存储器件的性能表现至关重要，传统电极的活性材料基本都呈粉状或分散液状，传统电极在制备时，将活性材料与导电剂、粘结剂混合成浆料并涂覆在集流体上，即可形成电极。然而，由于粘结剂为聚合物，这些聚合物粘结剂的存在会影响电子传导性，损害活性材料的电化学性能；集流体则通常需要使用昂贵的金属薄膜。因此在传统电极中，导电剂、粘结剂与集流体的加入不仅会增加额外的成本，损害活性物质性能，还会占用过多的质量与体积，使得能源存储器件的能量密度受到较大限制。此外，这些采用搅浆涂布方法制备的传统电极在柔性方面也存在很大的不足，难以满足可穿戴器件对柔性电极的需要。而现有的柔性电极通常是通过将纳米级活性材料负载在柔性导电集流体上制备而成，成本高昂，难以大规模生产应用，而且无法与商业化的活性材料如石墨或磷酸铁锂等兼容。

因此，目前迫切需要开发出一种能够适用于多种活性材料、多种电化学储能体系的柔性电极。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石墨烯作为导电粘结剂制备柔性自支撑电极的方法及电极。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

石墨烯作为导电粘结剂制备柔性自支撑电极的方法，该方法包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯溶液与电极活性材料混合均匀，得到混合浆料；

2)对混合浆料进行干燥，得到三维气凝胶；

3)对三维气凝胶进行成型；

4)在气体保护下进行高温煅烧，即得到柔性自支撑电极。

进一步地，步骤1)中，所述的氧化石墨烯由石墨制备而成，所述的石墨的目数为10-325目。可采用Hummers法制备氧化石墨烯(参考Kovtyukhova N I,Ollivier P J,Martin B R,et al.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films frommicron-sized graphite oxide sheets and polycations[J].Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)。

进一步地，所述的石墨为鳞片石墨或膨胀石墨中的一种或两种。

进一步地，步骤1)中，所述的氧化石墨烯溶液的质量浓度为0.5-30mg/mL。

作为优选的技术方案，所述的氧化石墨烯溶液中，溶剂为水或有机溶剂。

作为进一步优选的技术方案，所述的有机溶剂包括乙醇、丙酮、叔丁醇或NMP(N-甲基吡咯烷酮)中的一种。

进一步地，步骤1)中，所述的电极活性材料包括石墨、磷酸铁锂或硅中的一种或多种。

作为优选的技术方案，所述的电极活性材料呈粉末状、颗粒状或分散液状。

进一步地，步骤1)中，所述的电极活性材料与氧化石墨烯的质量比为9:1-81。即电极活性材料与氧化石墨烯的质量比为1:9至9:1。