电极、超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种电极，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层，其中，石墨烯面积小于第一泡沫金属层面积及第二泡沫金属层面积；第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。本发明专利技术还提供了该电极的制备方法、包括该电极的超级电容器及其制备方法。本发明专利技术通过将石墨烯转移并嵌合至泡沫金属层的方法实现对电极强化，能够有效降低激光诱导方法制备的石墨烯超级电容器的内阻，提高其功率性能。

【技术实现步骤摘要】
电极、超级电容器及其制备方法
本专利技术涉及电容器
，具体地，本专利技术涉及一种电极、应用该电极的超级电容器及该电极、超级电容器的制备方法。
技术介绍
石墨烯超级电容器利用石墨烯独特的二维结构和出色的物理特性，如具有优异的导电性、柔韧性、力学性能和很大的比表面积，在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯的制备方法如机械剥离法、单晶金属的气相化学沉积法、氧化石墨还原法等，主要依赖于液相组装法，其生产成本高、加工效率低，不利于大规模制备与应用。目前激光诱导法制备的石墨烯微型超级电容器由于其制备工艺及设备简单引起了越来越多人的重视。但由于激光诱导方法制备的石墨烯电极材料的内部蓬松结构，导致制备的超级电容器的内阻偏大，因而，使得其在功率性器件的应用中受到了极大的限制。目前，还没有能够解决因激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致应用其的超级电容器内阻偏大的有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种电极、应用该电极的超级电容器及该电极、超级电容器的制备方法，用以解决现有技术中激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致其超级电容器内阻偏大的问题。本专利技术提供了一种电极，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；其中，石墨烯面积小于第一泡沫金属层面积及第二泡沫金属层面积；第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。另一方面，本专利技术提供了一种电极的制备方法，包括以下步骤：制备石墨烯；根据预设长度和宽度，裁切泡沫金属得到第一泡沫金属层和第二泡沫金属层；在第一泡沫金属层上嵌合连接石墨烯；将第二泡沫金属层覆盖在上述步骤得到的压合连接有石墨烯的第一泡沫金属层表面上，并施加一定压力使石墨烯与第二泡沫金属层、第一泡沫金属层与第二泡沫金属层嵌合连接在一起。另一方面，本专利技术提供了一种超级电容器，包括上述的电极。另一方面，本专利技术提供了一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：将根据上述电极的制备方法得到的两片电极相对设置；在两片电极之间设置隔膜；封装层封装两片电极和隔膜；在两片电极、隔膜和封装层形成的空腔中填充电解液，以得到超级电容器。本专利技术的技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术在激光诱导方法制备石墨烯的基础上，通过施加压力将石墨烯由聚合物基底转移至泡沫金属表面，强化石墨烯内部之间的接触，实现了对电极结构的强化。(2)应用本专利技术的电极的超级电容器，能够有效地降低采用激光诱导方法制备的石墨烯超级电容器的内阻，提高其功率性能。(3)本专利技术的电极的制备方法，通过揭去聚合物基底，有效地改进之前电极正反面的区分，制备超级电容器更加方便。(4)本专利技术的电极的制备方法，通过施加压力后嵌合方式减小电极厚度，有利于制作柔性超级电容器。附图说明图1是本专利技术提供的实施例一中电极结构示意图；图2是本专利技术提供的实施例二中电极的透视图；图3是本专利技术提供的实施例二中电极的侧视图；图4本专利技术提供的实施例三中石墨烯转移示意图；图5是示例4的超级电容器和应用未经过强化的电极的石墨烯超级电容器的内阻测试数据；图6是示例4的超级电容器的充放电数据；在图5中，Z’表示阻抗实部，Z”表示阻抗虚部。具体实施方式为充分了解本专利技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本专利技术做详细说明，但本专利技术并不仅仅限于此。电极针对激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致其超级电容器内阻偏大的问题，本专利技术提供了一种采用泡沫金属进行强化的电极。下面通过实施例一和实施例二对本专利技术的电极进行详细的介绍。实施例一图1是本专利技术提供的实施例一中电极结构示意图，本专利技术的实施例一中的电极包括层叠设置的第一泡沫金属层2、石墨烯1和第二泡沫金属层3；其中，石墨烯1面积小于第一泡沫金属层2面积及第二泡沫金属层3面积；第一泡沫金属层2与石墨烯1、石墨烯1与第二泡沫金属层3及第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3之间通过施加压力后嵌合连接。进一步地，石墨烯1采用激光诱导聚合物基底的方法制备得到。其中，聚合物基底可采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺，当然，本领域技术人员还可以选用其它能够作为激光诱导方法制备石墨烯的基底材料，此处不作限定。进一步地，石墨烯1通过施加压力从聚合物基底表面转移至第一泡沫金属层2上。由于第一泡沫金属层2具有多孔结构，石墨烯1在一定压力作用下能够嵌入到第一泡沫金属层2的多孔结构中并被压实于第一泡沫金属层2上，揭去聚合物基底后石墨烯1与第一泡沫金属层2结合为一体结构；第一泡沫金属层2的厚度也会在施加压力过程中变小，强化石墨烯1内部之间的接触，实现了对电极结构的强化，从而有效解决由于激光诱导方法制备的石墨烯内部结构蓬松，导致应用其的超级电容器内阻偏大的问题。与石墨烯1嵌合连接之前，第一泡沫金属层2的厚度为1mm至5mm；与石墨烯2嵌合连接之后，第一泡沫金属层2与石墨烯1的厚度之和为0.05～0.5mm。进一步地，第二泡沫金属层3通过施加压力方式嵌合连接在石墨烯1与第一泡沫金属层2上，第二泡沫金属层3不仅能够进一步强化石墨烯1，而且避免石墨烯1从第一泡沫金属层2上脱落，提高整体电极牢固性，延长电极使用寿命。进一步地，电极中的第一泡沫金属层2可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种；电极中的第二泡沫金属层3可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种。电极中的第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3还可以采用除前述材料之外的其它的泡沫金属及其合金，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。应当注意的是，第一泡沫金属层2采用的材料和第二泡沫金属层3采用的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。下面以矩形电极为例来说明本专利技术的实施例一中的电极的制作，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择圆形电极、三角形电极，平行四边形电极、梯形电极等，此处不做限定。为了便于本专利技术的实施例一中的电极的制作，优选电极中的第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3具有相同的长度和宽度。可选地，第一泡沫金属层2的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第一泡沫金属层2的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第二泡沫金属层3的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第二泡沫金属层3的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，第一泡沫金属层2的宽度与石墨烯1的宽度b之间的关系是：第一泡沫金属层2的宽度是(b+1)毫米至(b+10)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极，其特征在于，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；其中，/n所述石墨烯面积小于所述第一泡沫金属层面积及所述第二泡沫金属层面积；/n所述第一泡沫金属层与所述石墨烯、所述石墨烯与所述第二泡沫金属层及所述第一泡沫金属层与所述第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极，其特征在于，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；其中，
所述石墨烯面积小于所述第一泡沫金属层面积及所述第二泡沫金属层面积；
所述第一泡沫金属层与所述石墨烯、所述石墨烯与所述第二泡沫金属层及所述第一泡沫金属层与所述第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。


2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述石墨烯采用激光诱导聚合物基底的方法制备得到。


3.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述石墨烯通过施加压力后从所述聚合物基底表面转移至所述第一泡沫金属层上。


4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层具有多孔结构，所述石墨烯嵌入所述第一泡沫金属层多孔结构中，并与所述第一泡沫金属层结合为一体结构。


5.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述聚合物基底采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。


6.根据权利要求1至5任一项所述的电极，其特征在于，所述电极还包括极耳。


7.根据权利要求1至6任一项所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第一泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；所述第二泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第二泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，
所述第一泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第一泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0；所述第二泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第二泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0。


8.根据权利要求7所述的电极，其特征在于，所述石墨烯的三条边的边缘分别与所述第一泡沫金属层对应三条边的边缘的距离是1mm，所述石墨烯另一条边的边缘与所述第一泡沫金属层另一条边的边缘的距离是3mm。


9.根据权利要求1至8任一项所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种；
所述第二泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种。


10.一种如权利要求1至9任一项所述的电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎佳星，郝立星，
申请(专利权)人：纳智源科技唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13