本发明专利技术公开了一种应用在能量存储装置中的电极及制备方法，所述电极的制备方法包括以下步骤：提供金属导管；在金属导管上沉积石墨烯封装薄膜；移除金属导管使得石墨烯封装薄膜的中间部分形成中空管；将石墨烯封装薄膜放置到包含有活性颗粒的悬浮液中，使得石墨烯封装薄膜的中空管部位填充活性颗粒；将填充有活性颗粒的封装薄膜从悬浮液中取出，然后对石墨烯封装薄膜进行干燥，形成由石墨烯封装薄膜封装活性颗粒的电极。本发明专利技术的有益效果在于：避免了活性颗粒和电解质之间的不良的副反应；同时延长了循环使用寿命；提高了这些电极的体积能量密度和速度性能；提高了能量存储装置的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能量存储设备领域，尤其涉及一种基于石墨烯混合结构的能量存储设备，其可用于储能电池和超级电容器等电极储能设备。
技术介绍
当前，急需一种先进的电池技术来推动开发新的电极，进而取代在锂离子电池和超级电容器中采用的传统夹层化合物和碳质材料。很多电化学金属和能够与锂形成金属间化合物的准金属，如硅、锗和锡，以及可以与锂离子发生可逆的转换反应的过渡金属氧化物，如二氧化锡、氧化铁和二氧化锰等，它们具有很大的潜力来从根本上提高锂离子电池的能量密度。尽管这些材料有可能成为电极材料，然而它们通常有相对较低的导电性，同时，在锂化和非锂过程中，这些材料很容易因为充放电的过程而发生体积膨胀或缩小的现象，体积的变化往往容易导致电极材料的粉碎。电极材料一旦以这种方式破裂，将可能会在新形成的电极/电解液里发生副作用，这些电极碎片将会成为失去导电性的绝缘体。而且，这些副作用反应也将逐渐耗尽可用的电解质，严重影响了电极的放电能力和充放电的循环次数，从而降低了电极材料的性能和使用寿命。为解决以上这些缺陷，可以用碳壳包覆活性纳米材料，如，可以将碳层通过有机碳的前段煅烧沉积到活性纳米线上，另外活性的纳米颗粒也可被植入到碳纳米管中。尽管如此，碳涂层还是不完美的，其往往表现出较低的导电性。此外，以上两种方法，碳壳往往与活性材料失去接触，或因为外壳的硬度而在循环中断裂。一旦碳壳破裂，活性材料将会与电解质发生影响极坏的副作用。由于上述原因，有必要研发一种能在高性能能量存储装置，例如可以在电池和超级电容器上使用，同时可以避免上述缺点的电极的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用在能量存储中的电极及制备方法。一方面，本专利技术涉及一种电极的制备方法，一种电极的制备方法，其包括以下步骤:提供金属导管；在金属导管上沉积石墨烯封装薄膜；移除金属导管使得石墨烯封装薄膜的中间部分形成中空管；将石墨烯封装薄膜放置到包含有活性颗粒的悬浮液中，使得石墨烯封装薄膜的中空管部位填充活性颗粒；将填充有活性颗粒的封装薄膜从悬浮液中取出，然后对石墨烯封装薄膜进行干燥，形成由石墨烯封装薄膜封装活性颗粒的电极。优选地，所述步骤移除金属导管具体包括步骤部分沉积热塑性材料；然后沉积有热塑性材料的部分结构，通过湿化学蚀刻法曝光；浸溃在腐蚀液中以去除金属导管。优选地，所述活性颗粒包括电化学活性金属、与锂形成金属间化合物的准金属、与锂通过变换反应发生可逆反应的过渡金属氧化物或导电聚合物材料、使得锂保持其晶格常数不变的插层材料或化合物中的至少一种。优选地，所述将填充有活性颗粒的石墨烯封装薄膜从悬浮液中取出包括采用离心法或者过滤法。本专利技术还提供一种应用在能量存储装置中的电极，所述电极包括:多个混合结构，其中，每个混合结构包括:活性颗粒，以及至少部分封装有所述活性颗粒的石墨烯封装薄膜。优选地，所述多个混合结构之间呈相互平行放置。优选地，所述多个混合结构中的一部分和另一部分呈相互垂直放置。优选地，所述多个混合结构之间呈随机放置。优选地，所述活性颗粒包括电化学活性金属、与锂形成金属间化合物的准金属、与锂通过变换反应发生可逆反应的过渡金属氧化物或导电聚合物材料、使得锂保持其晶格常数不变的插层材料或化合物中的至少一种。优选地，所述混合结构呈细长状。本专利技术的有益效果在于:石墨烯封装薄膜将活性颗粒限制在一个压缩的“壳”内，这样做时，使活性颗粒在锂离子插入/抽出重复循环中而不会脱落，分散，或粉碎，由此避免了活性颗粒和电解质之间的不良的副反应；石墨烯封装薄膜具有足够的弹性，因此可逆地和可靠地适应膨胀和收缩。因此，可以更好的防止活性颗粒105因为外部的变化而发生结构性的粉碎。防止应力引起的结构的粉碎，同时延长了循环使用寿命。作为再一优势，石墨烯封装薄膜是高度压缩的，这意味着，使用这类封装薄膜的混合结构可以在不降低其活性颗粒的接触表面积的情况下紧紧地包住电极，提高了这些电极的体积能量密度和速度性能。最后，石墨烯封装薄膜具有高导电性，并能保持其活性颗粒紧密接触，使得以混合结构为基础的电极的内部具有较低的电阻，这也提高了能量存储装置的性能。【附图说明】为了更好的阐述本专利技术的优点，下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明:图1为本专利技术混合结构实施例一的结构示意图；图2为图1的制备方法流程图；图3中的3A-3G为本专利技术图2方法流程图的过程结构图；图4为采用图1混合结构形成的电极实施一的示意图；图5为采用图1混合结构形成的电极实施二的示意图；图6为利用图4或图5混合结构的电池剖视结构示意图；图7为本专利技术采用图1混合结构形成的电极实施三的示意图；图8为利用图7混合结构的电池剖视结构示意图；图9为本专利技术混合结构实施例二的结构示意图；图10中的10A-10C为图1混合结构的充放电过程结构示意图。具体实施例为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一:如图1所示，本专利技术所述的混合结构100包括活性颗粒105及石墨烯封装薄膜110，所述活性颗粒105密封在石墨烯封装薄膜110中，石墨烯封装薄膜110的前部被制成透明以能显示其中的活性颗粒105。在本实施例中，所述混合结构100的石墨烯封装薄膜110包括至少一层的石墨烯层。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。一般，可以通过化学气相淀积(CVD)制得高质量的石墨烯。美国公开号为2011/0091647的专利，标题为“通过化学气相沉积合成石墨烯的方法”中介绍了通过在CVD反应炉中通入氢气和甲烷使得石墨烯沉积在金属衬底上的方法。具体的是，将金属基底放入到CVD反应炉中，将氢气以每分钟l-100sccm的速度通入反应炉中，同时，对金属基底进行加热到400?1400°C，并持续进行0.1?60min。接下来，将甲烷以10?780Torr的压力、1?5000sccm的速度通入反应炉中，同时，将氢<气降低到lOsccm的速度通入。在通入甲烧0.01?lOmin后，将会在金属衬底上生成石墨烯层。相同的，通过CVD方法制得的石墨烯片(即，化学气相沉积的石墨烯结构的尺寸)的大小可通过改变CVD生长参数，如温度，甲烷流速和甲烷压力来控制。石墨烯层(即单层或多个层)的数量可以通过调节氢气的流速进行调节，更高的流速将生成较少层数的石墨烯层。在储能装置应用中，所述活性颗粒105优选的包括:可以为电化学活性金属、与锂形成金属间化合物的准金属、或者是与锂通过变换反应发生可逆反应的过渡金属氧化物或导电聚合物材料、或者是可以使得锂保持其晶格常数不变的插层材料或化合物。所述准金属包括当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：提供金属导管；在金属导管上沉积石墨烯封装薄膜；移除金属导管使得石墨烯封装薄膜的中间部分形成中空管；将石墨烯封装薄膜放置到包含有活性颗粒的悬浮液中，使得石墨烯封装薄膜的中空管部位填充活性颗粒；将填充有活性颗粒的封装薄膜从悬浮液中取出，然后对石墨烯封装薄膜进行干燥，形成由石墨烯封装薄膜封装活性颗粒的电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨与胜，
申请(专利权)人：福建省辉锐材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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