一种复合柔性电极、其制备方法和应用技术

技术编号:18402263 阅读:4 留言:0更新日期:2018-07-08 21:16
本申请提供了一种复合柔性电极及其制备方法,该电极包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。本发明专利技术主要以片状二氧化锰为活性物质,并用石墨烯作为导电剂,可以提高电极的导电性,同时增加电解液和电极的接触面积,降低离子的扩散距离,因此有利于提高电池的比容量和倍率性能。本发明专利技术还提供了一种柔性锌离子电池及其制备方法,该电池包括上述电极,在便携式可折叠的柔性电子与能源器件方面具有良好的应用发展前景。本发明专利技术实施例用真空抽滤法制备得到片状二氧化锰和石墨烯复合电极,不需要添加粘结剂,有利于提高活性物质在整个电极中的质量比例,从而提高电极的能量密度。本发明专利技术制备方法简单,利于降低制造成本。

Composite flexible electrode, preparation method and application thereof

The present application provides a composite flexible electrode and its preparation method, which comprises a flexible fluid collector, a sheet like manganese dioxide and a graphene compound on the flexible fluid collector. The invention mainly uses the lamellar manganese dioxide as the active substance and the graphene as the conductive agent, which can improve the electrical conductivity of the electrode, increase the contact area of the electrolyte and electrode, and reduce the diffusion distance of the ion. Therefore, it is beneficial to improve the specific capacity and ratio performance of the battery. The invention also provides a flexible zinc ion battery and its preparation method. The battery includes the electrode, and has a good application and development prospect in the portable flexible electronic and energy devices. The application of the invention is used to prepare the composite electrodes of the sheet like manganese dioxide and graphene by vacuum extraction. It does not need to add the binder, which is beneficial to the improvement of the mass ratio of the active substance in the whole electrode, thus improving the energy density of the electrode. The invention has simple preparation method and is favorable for reducing manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种复合柔性电极、其制备方法和应用
本专利技术涉及柔性锌离子电池的制备
,具体是一种复合柔性电极、其制备方法和应用,特别涉及一种以片状二氧化锰和石墨烯复合电极为正极的柔性锌离子电池的制备方法。
技术介绍
以中性水系溶液为电解液的锌离子电池(例如Zn/MnO2)具有理论能量密度高、安全性好、成本低等优势,在高性能电子设备等器件中具有广阔应用前景。高性能柔性锌离子电池的开发更能满足柔性电子设备对柔性储能器件的性能需求,在柔性电池中,具有机械柔性的电极是核心组件之一,需同时实现提供电子导电骨架、离子扩散通道及活性材料载体等功能。锌离子电池的常用正极材料是二氧化锰(MnO2),但其存在导电性差等问题。申请公布号为CN107221648A的中国专利文献公开了一种柔性电池的制备方法,其主要针对现有的柔性电池能量密度较低、弯曲性能较差等缺陷;具体包括如下步骤:将二氧化锰/碳布作为正极,锌片作为负极,用纤维素膜隔开,然后采用局对苯二甲酸乙二酯膜进行封装,留下注入口,注射电解液,并封口,即得柔性电池。但是,该技术中正极的导电性仍有待提高。
技术实现思路
有鉴于此,本申请提供一种复合柔性电极、其制备方法和应用,本申请提供的复合柔性电极具有较高的导电性,能提高电池的比容量和倍率性能。本专利技术提供一种复合柔性电极,包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。优选地,所述片状二氧化锰和石墨烯的质量比为7:3~9:1,所述片状二氧化锰与集流体的质量之比为1:40~1:4。优选地,所述片状二氧化锰尺寸大小为100nm~200nm,所述石墨烯的片径尺寸为0.5μm~5μm。优选地,所述柔性集流体为导电织物。所述导电织物进一步优选为碳布和金属织物中的任一种,更优选的金属织物为镍布或铜布。本申请提供一种复合柔性电极的制备方法,包括以下步骤:将片状二氧化锰和石墨烯混合,沉积到柔性集流体上,得到复合柔性电极。优选地,具体为:将片状二氧化锰和石墨烯混合,采用真空抽滤法沉积到导电织物上,得到复合柔性电极。优选地,所述采用真空抽滤法沉积到导电织物之后,在真空或惰性气氛中以40~80℃干燥1~2小时,得到复合柔性电极。优选地,所述片状二氧化锰利用水热法制备得到,所述片状二氧化锰尺寸大小为100nm~200nm;所述石墨烯为还原后的氧化石墨烯、CVD方法生长制备的石墨烯和电化学法剥离的石墨烯的任意一种,所述石墨烯的片径尺寸为0.5μm~5μm。本专利技术提供一种柔性锌离子电池,包括正极和柔性锌负极;所述正极为上文所述的复合柔性电极。本专利技术提供一种柔性锌离子电池的制备方法,包括以下步骤:将片状二氧化锰和石墨烯混合,采用真空抽滤法沉积到第一导电织物上,得到正极;在第二导电织物上沉积金属锌,得到柔性锌负极;将所述正极、隔膜和所述柔性锌负极叠加,注入电解液,封装后制成柔性锌离子电池。与现有技术相比,本申请提供的柔性电极包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。本专利技术所述柔性电极为片状二氧化锰和石墨烯复合电极,主要以片状二氧化锰为活性物质,并用石墨烯作为导电剂,可以提高电极的导电性,同时增加电解液和电极的接触面积,降低离子的扩散距离,因此有利于提高电池的比容量和倍率性能。本专利技术还提供了一种柔性锌离子电池及其制备方法,该电池包括上述电极,在便携式可折叠的柔性电子与能源器件方面具有良好的应用发展前景。进一步地,本专利技术优选利用真空抽滤法,制备得到片状二氧化锰和石墨烯复合电极,不需要添加粘结剂,有利于提高活性物质在整个电极中的质量比例,从而提高电极的能量密度。此外,这种制备方法简单,有利于降低制造成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的柔性锌离子电池的结构示意图;图2为本专利技术一些实施例提供的柔性锌离子电池的制备方法的流程图;图3为本专利技术实施例1中制备的片状二氧化锰的SEM(ScanningElectronMicroscope,扫描电子显微镜)图;图4为本专利技术实施例1中制备的片状二氧化锰和石墨烯复合电极的SEM图;图5为本专利技术实施例1中制备的片状二氧化锰和石墨烯复合柔性电极的实物照片;图6为本专利技术实施例1中所得柔性锌离子电池在0.15A·g-1电流密度下的充放电曲线图;图7为本专利技术实施例1中所得柔性锌离子电池的循环性能测试图;图8为本专利技术实施例1中所得柔性锌离子电池在(a)正常状态下以及(b)弯曲状态下用于计时器工作的情况。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种复合柔性电极,包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。本申请提供的复合柔性电极具有较高的导电性,能提高电池的比容量和倍率性能,利于应用。所述复合柔性电极包括柔性集流体,其为柔性电极的组成之一。所述柔性集流体优选为导电织物;柔性电极的集流体可以采用导电织物来实现,以满足柔性电池对于机械柔性的要求,其互联的多孔通道能实现快速的离子迁移。此外,基于织物集流体的储能器件可以通过成熟的纺织技术整合到可穿戴式电子器件中。也就是说,本专利技术优选采用导电织物作为集流体,可以制备出高柔性的电极,这种柔性电池在便携式可折叠的柔性电子与能源器件方面具有良好的应用发展前景。在本专利技术的实施例中,所述导电织物进一步优选为碳布和金属织物中的任一种,更优选的金属织物为镍布或铜布;厚度范围可为0.3mm-0.5mm。具体的,所述导电织物的电阻小于5mΩ/cm2,单位面积质量可为12mg/cm2-26mg/cm2。在本专利技术中,所述柔性集流体上复合有片状二氧化锰和石墨烯。其中,所述片状二氧化锰为主要活性物质,其形貌结构为片状,片径尺寸大小一般为100nm~200nm;可利用水热法制备获得。为了减少极化,一般需要在MnO2电极制备过程中引入导电添加剂。本专利技术将石墨烯引入电极中,石墨烯比表面积大,重量轻,容易形成三维连通网络结构。此外,石墨烯还具有良好的化学和热稳定性、高导电性和优异的机械柔性。本专利技术主要以片状二氧化锰为活性物质,并用石墨烯作为导电剂,可以提高电极的导电性,同时增加电解液和电极的接触面积,降低离子的扩散距离,有利于提高电池的比容量和倍率性能。在本专利技术中,所述石墨烯可为还原后的氧化石墨烯、化学气相沉积(CVD)方法生长制备的石墨烯和电化学法剥离的石墨烯的任一种。所述石墨烯具有片层结构,其片径尺寸可为0.5μm~5μm。本专利技术所述电极为片状二氧化锰和石墨烯复合柔性电极,可作为柔性锌离子电池的正极。在本专利技术实施例中,片状二氧化锰和石墨烯均匀复合在柔性导电织物上,可称为片状二氧化锰和石墨烯复合物,没有形成分层结构。所述片状二氧化锰和石墨烯的质量比范围优选为7:3至9:1,如8:2,二氧化锰占二氧化锰/石墨烯复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合柔性电极,包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种复合柔性电极,包括:柔性集流体;复合在所述柔性集流体上的片状二氧化锰和石墨烯。2.根据权利要求1所述的复合柔性电极,其特征在于,所述片状二氧化锰和石墨烯的质量比为7:3~9:1,所述片状二氧化锰与集流体的质量之比为1:40~1:4。3.根据权利要求1所述的复合柔性电极,其特征在于,所述片状二氧化锰尺寸大小为100nm~200nm,所述石墨烯的片径尺寸为0.5μm~5μm。4.根据权利要求1~3中任一项所述的复合柔性电极,其特征在于,所述柔性集流体为导电织物。5.一种复合柔性电极的制备方法,包括以下步骤:将片状二氧化锰和石墨烯混合,沉积到柔性集流体上,得到复合柔性电极。6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,具体为:将片状二氧化锰和石墨烯混合,采用真空抽滤法沉积到导电织物上,得到复合柔性电极。7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述采用真...

【专利技术属性】
技术研发人员:周航黄媛刘久炜
申请(专利权)人:北京大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东,44

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