一种柔性薄膜电极的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性薄膜电极的制备方法，该方法以热处理的氧化石墨烯为导电支撑和机械支撑，通过真空过滤法一步获得柔性薄膜电极，具体包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液进行热处理，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；将电极活性材料分散于水中形成电极活性材料分散液；将所得热处理的氧化石墨烯水溶液与电极活性材料分散液混合得到混合溶液，过滤并干燥后，得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极。本发明的方法操作简单、成本低廉。本发明方法制备的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极具有均匀的层状结构，且具有优异的导电性和良好的柔韧性，可广泛用于电池、超电容材料及绿色环保汽车等领域。
【专利说明】一种柔性薄膜电极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性薄膜电极，尤其涉及一种热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极，可用于新能源材料领域中。
【背景技术】
[0002]随着柔性电子器件的日益增长和发展，开发柔性储能设备已成为储能领域中的研究热点。其中，电极材料作为储能设备的核心部件，从而成为科研工作者的研究重点并且受到了广泛的关注。目前，柔性薄膜电极的制备方法主要有真空过滤法、涂覆法、原位生长法。涂覆法和原位生长法由于集流体在电极中占据了较大的体积和质量，从而显著地降低了整体电极的能量密度和功率密度。而真空过滤法由于其所制备的薄膜是一个独立薄膜，集流体被包含在电极内部，从而大大降低集流体在电极中所占死体积的比例，同时由于其特殊的层状结构在电化学反应中，充分利用了电极活性材料，因此显著地提高了整体电极的能量密度和功率密度。
[0003]石墨烯作为sp2杂化炭材料基元结构的单层石墨，具有优异的导电性和较高的柔韧性，因此被广泛用作柔性电极材料的导电支撑和机械支撑，通过真空过滤其与电极活性材料来获得高性能的柔性薄膜电极。但是，在实际应用中，石墨烯由于其疏水性常常倾向于不可逆团聚或堆垛，从而失去原有的优异性能。尽管石墨烯可以通过在其表面嫁接其他分子或聚合物来加强其分散稳定性，但是会导致石墨烯具有较差的导电性，同时也增加了电极材料的死体积，因此其电化学性能在实际应用当中受到了很大的限制。
[0004]最新研究发现，热处理的氧化石墨烯在不添加任何分散剂的情况下，可以在水溶液中稳定存在，同时保持了其优异的导电性和类似于石墨烯的其他性能。另外，热处理的氧化石墨烯不仅制备条件温和、过程简单，且可以高产量大规模地制备。但是利用热处理的氧化石墨烯作为柔性电极材料的导电支撑和机械支撑目前仍未被报道。
【发明内容】
[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用热处理的氧化石墨烯作为柔性电极材料的导电支撑和机械支撑来制备高性能柔性薄膜电极的方法。
[0006]为实现上述目的，本发明一种柔性薄膜电极的制备方法，以热处理的氧化石墨烯作为导电支撑和机械支撑，通过真空过滤法一步获得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料的杂化柔性薄膜电极，具体包括以下步骤:
[0007](I)将氧化石墨烯水溶液进行热处理，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；
[0008](2)将电极活性材料分散于水中形成电极活性材料分散液；
[0009](3)将所述热处理的氧化石墨烯水溶液与所述电极活性材料分散液混合得到混合溶液，将所述混合溶液过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极；[0010](4)将步骤(3)中得到的所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极进行干燥，使所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
[0011]进一步地,步骤(I)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.01?0.lmg/mL。
[0012]进一步地，步骤(I)中所述热处理的条件为50?90°C下处理I?30天。
[0013]进一步地,步骤(2)中所述电极活性材料分散液的浓度为0.01?10mg/mL。
[0014]进一步地，步骤(3)的所述混合溶液中所述热处理的氧化石墨烯与所述电极活性材料的质量比为9:1?1:9。
[0015]进一步地，步骤(3)中所述滤纸为混合纤维素酯过滤膜，孔径为220nm。
[0016]进一步地，步骤(3)中所述过滤所采用的装置为真空抽滤装置。
[0017]进一步地，步骤(4)中所述干燥的温度为20?70°C。
[0018]进一步地，所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极具有层状结构。
[0019]本发明的柔性薄膜电极的制备方法具有操作简单、成本低廉的特点，其有益效果为:
[0020](I)采用真空过滤法，工艺简单，且所制得的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极比涂覆法和原位法生长更加均匀；
[0021](2)所制得的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极，不仅具有高的电极活性材料加载量，同时具有优异的导电性能和高的机械柔韧性，从而显著地增加了整体电极的能量密度和功率密度，并保持了该薄膜电极的良好柔韧性；
[0022](3)所制得的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极，由于具有特殊的层状结构，有效地促进其电化学反应，对其电化学性能的提升起到关键性的作用。
[0023]本发明的柔性薄膜电极的制备方法制备的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极可广泛用于电池、超电容材料及绿色环保汽车等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例1制备的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。
[0026]实施例1:
[0027]将IOOmL浓度为0.05mg/mL的氧化石墨烯水溶液在50°C下热处理30天，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；同时将电极活性材料均匀分散于水中形成浓度为0.lmg/mL的电极活性材料分散液。将所得热处理的氧化石墨烯水溶液与电极活性材料分散液按照热处理的氧化石墨烯和电极活性材料分散液质量比为9:1混合，经超声和磁力搅拌使其形成均匀混合溶液，利用纤维素酯过滤膜对该混合溶液真空过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极。将所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极与滤纸一起置入烘箱中，在40°C下进行干燥，使所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
[0028]如图1所示，本实施例得到的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极具有均匀的层状结构。另外，本实施例得到的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极还具有优异的导电性和良好的柔韧性。
[0029]实施例2:
[0030]将200mL浓度为0.01mg/mL的氧化石墨烯水溶液在70°C下热处理15天，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；同时将电极活性材料均匀分散于水中形成浓度为0.0lmg/mL的电极活性材料分散液。将所得热处理的氧化石墨烯水溶液与电极活性材料分散液按照热处理的氧化石墨烯和电极活性材料分散液质量比为5:5混合，经超声和磁力搅拌使其形成均匀混合溶液，利用纤维素酯过滤膜对该混合溶液真空过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极。将所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极与滤纸一起置入烘箱中，在20°C下进行干燥，使所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
[0031]实施例3:
[0032]将50mL浓度为0.lmg/mL的氧化石墨烯水溶液在90°C下热处理I天，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；同时将电极活性材料均匀分散于水中形成浓度为lmg/mL的电极活性材料分散液。将所得热处理的氧化石墨烯水溶液与电极活性材料分散液按照热处理的氧化石墨烯和电极活性材料分散液质量比为1:9混合，经超声和磁力搅拌使其形成均匀混合溶液，利用纤维素酯过滤膜对该混合溶液真空过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极。将所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极与滤纸一起置入烘箱中，在70°C下进行干燥，使所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
[0033]实施例4:
[0034]将:IOOmL浓度为0.05mg/mL的氧化石墨烯水溶液在90°C下热处理I天，得到热处理的氧化石墨烯水溶液；同时将电极活性材料均匀分散于水中形成浓度为10mg/mL的电极活性材料分散液。将所得热处理的氧化石墨烯水溶液与电极活性材料分散液按照热处理的氧化石墨烯和电极活性材料分散液质量比为9:1混合，经超声和磁力搅拌使其形成均匀混合溶液，利用纤维素酯过滤膜对该混合溶液真空过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极。将所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极与滤纸一起置入烘箱中，在40°C下进行干燥，使所得热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
[0035]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氧化石墨烯水溶液进行热处理，得到热处理的氧化石墨烯水溶液； (2)将电极活性材料分散于水中形成电极活性材料分散液； (3)将所述热处理的氧化石墨烯水溶液与所述电极活性材料分散液混合得到混合溶液，将所述混合溶液过滤后，滤纸上得到热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极； (4)将步骤(3)中得到的所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极进行干燥，使所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极从滤纸上剥离。
2.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.0l?0.lmg/mL。
3.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述热处理的条件为50?90°C下处理I?30天。
4.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电极活性材料分散液的浓度为0.01?10mg/mL。
5.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)的所述混合溶液中所述热处理的氧化石墨烯与所述电极活性材料的质量比为9:1?1:9。
6.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述滤纸为混合纤维素酯过滤膜，孔径为220nm。
7.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述过滤所采用的装置为真空抽滤装置。
8.如权利要求1所述的柔性薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述干燥的温度为20?70°C。
9.一种如权利要求1?8中任意一项所述的柔性薄膜电极的制备方法制备的热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极，其特征在于，所述热处理的氧化石墨烯与电极活性材料杂化的柔性薄膜电极具有层状结构。
【文档编号】H01G11/68GK103972465SQ201410217653
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】高濂, 杨树华, 宋雪峰, 张鹏 申请人:上海交通大学