一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法技术

本发明专利技术涉及电极集流体的制备，针对目前石墨纸粗糙化处理存在产生缺陷的问题，提供了一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，该制备方法是以石墨纸为阴极，以对电极为阳极，在电解质水溶液中构建电化学两电极体系；通过在阴阳极之间施加负电压对石墨纸进行膨胀处理，制得阴极膨胀石墨纸集流体。本发明专利技术在对石墨纸集流体进行粗糙化处理的同时未在其表面引入含氧官能团，避免了缺陷的产生，从而保持了其优异的导电性。所制备的阴极膨胀石墨纸集流体能用于电化学储能器件，并能有效提升所制备器件的电化学性能。电化学性能。电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法


[0001]本专利技术涉及电极集流体的制备，具体涉及一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，新型清洁能源的开发利用促进了能源存储设备的快速发展。作为一种电化学储能器件，超级电容器因具有大的功率密度、较高的能量密度、长的循环寿命、安全可靠、环境友好等性能特点而受到广泛关注。超级电容器在可穿戴电子设备、不间断电源以及新能源汽车等领域具有巨大的应用潜力。超级电容器的组成部件通常包括集流体、电极材料、电解质和隔膜。集流体扮演着与电极材料之间进行电荷传输的重要角色，因此对所制备的电极以及相应的超级电容器器件的电化学性能有重要的影响。
[0003]目前传统使用的集流体主要包括铜箔、铝箔、碳布、石墨纸等。由于具有价格低廉、电导率高以及质量轻便等优点，石墨纸广泛用作电化学储能器件的集流体。然而，石墨纸具有平滑的表面，使得其与电极材料的接触面积较小，这样限制了与电极材料之间的电荷传输，从而不利于所制备电极以及器件电化学性能的提升。为了有效提升所制备超级电容器的电化学性能，目前主流的方法是对石墨纸进行粗糙化处理，以增加其与电极材料的接触面积。据目前已公开的文献和专利，石墨纸粗糙化处理主要是通过电化学阳极膨胀实现的。但这种方法在膨胀过程中会产生大量氧气，导致石墨表面被引入较多含氧官能团，从而产生较多缺陷，大幅降低其电导率。这限制了所制备超级电容器的电化学性能，阻碍了这种制备方法的应用。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，该方法在对石墨纸集流体进行粗糙化处理的同时未在其表面引入含氧官能团，避免了缺陷的产生，从而保持了其优异的导电性。该方法可以制备出具有高度粗糙化表面的石墨纸集流体，并且具有制备条件温和、制备快速、工艺简单、成本低、可大规模制备等特点。该方法所制备的石墨纸集流体能够有效提高所构建超级电容器的电化学性能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0006]一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)以石墨纸为阴极，以对电极为阳极，在电解质水溶液中构建电化学两电极体系，
[0008](2)通过在阴阳极之间施加负电压对石墨纸进行阴极膨胀处理，制得膨胀石墨纸集流体。采用阴极膨胀不会在石墨晶体中引入缺陷，从而维持了石墨集流体高的导电性。
[0009]作为本专利技术的进一步优选，所述电解质为硫酸、盐酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钾、氯化钠中的至少一种。所选用的电解质价格低廉，离子电导率高。
[0010]作为本专利技术的进一步优选，所述负电压为
‑
2V～
‑
10V。所选电压较小能降低能耗且
不至于石墨纸过度膨胀导致损坏。
[0011]作为本专利技术的进一步优选，所述对电极为金、铂、石墨棒、玻碳电极中的任意一种。
[0012]作为本专利技术的进一步优选，所述电解质水溶液的浓度为0.1mol/L～10mol/L。适当的电解质浓度能保证膨胀的进行以及膨胀程度的控制。
[0013]作为本专利技术的进一步优选，所述阴极与所述阳极的间距为1.5cm～4cm。适当的间距能保证阴阳极之间不互相影响以及电解池尺寸的控制。
[0014]作为本专利技术的进一步优选，所述对石墨纸进行阴极膨胀处理时间为30s～270s。适当的膨胀时间能保证膨胀程度的控制。
[0015]作为本专利技术的进一步优选，所述对石墨纸进行阴极膨胀处理温度为4℃～60℃。适当的处理温度能保证在温和环境下进行，从而降低对设备的要求。
[0016]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0017]1、本专利技术所提供的阴极膨胀方法，在对石墨纸集流体进行粗糙化处理的同时，避免了阳极膨胀所导致的含氧官能团的引入和缺陷的产生，从而保持了集流体高的导电性。
[0018]2、本专利技术所制备的阴极膨胀石墨纸集流体能用于电化学储能器件，并能有效提升所制备器件的电化学性能。
[0019]3、本专利技术所提供的制备方法，设备简单易操作、耗时短、条件温和、重复性高、成本低、并可大规模制备。制备条件高度可控，能避免因过度膨胀导致石墨脱落造成集流体损坏。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的阴极膨胀石墨纸集流体的数码照片，左侧部分为膨胀前，右侧部分为膨胀后。
[0021]图2为实施例1制备的阴极膨胀石墨纸集流体的扫描电镜图。
[0022]图3为实施例2制备的阴极膨胀石墨纸集流体在膨胀前后的X射线光电子能谱图。
[0023]图4为实施例2制备的阴极膨胀石墨纸集流体膨胀前后的拉曼光谱图。
[0024]图5为实施例5制备的阴极膨胀石墨纸集流体负载聚吡咯电极材料后组装的超级电容器在不同充放电电流密度下的面积电容值。
具体实施方式
[0025]为了更加清晰地展示本专利技术的技术方案和优点，以下结合实施例和附图进行进一步说明，但这些实施例并不用于限定本专利技术。
[0026]实施例1
[0027]将石墨纸和金箔分别浸入盛有3mol/L的KCl水溶液的电解池中，并保持两电极的间距为1.5cm。随后将直流电源的负极与石墨纸相连，直流电源的正极与金箔相连构成两电极体系，接着在阴阳极之间施加
‑
5V的电压270s进行电化学膨胀处理。电化学膨胀处理温度为25℃。随后对膨胀石墨纸进行去离子水清洗，室温晾干即制得阴极膨胀石墨纸集流体。该方法设备简单易操作、耗时短、条件温和、重复性高、成本低、并可大规模制备。制备条件高度可控，能避免因过度膨胀导致石墨脱落造成集流体损坏。
[0028]膨胀前后石墨纸示意如图1所示，从图1可以看出阴极膨胀处理使得石墨纸表面从
光滑变为粗糙。
[0029]图2为制备的阴极膨胀石墨纸集流体的扫描电镜图。从图2可以看出阴极膨胀石墨纸集流体表面由许多卷曲的石墨片组成，这些卷曲的石墨片导致了图1中右侧部分所见的粗糙表面。
[0030]实施例2
[0031]将石墨纸和铂箔分别浸入盛有1mol/L的KOH水溶液的电解池中，并保持两电极的间距为2cm。随后将直流电源的负极与石墨纸相连，直流电源的正极与铂箔相连构成两电极体系，接着在阴阳极之间施加
‑
8V的电压120s进行电化学膨胀处理。电化学膨胀处理温度为25℃。随后对膨胀石墨纸进行去离子水清洗，室温晾干即制得阴极膨胀石墨纸集流体。该方法设备简单易操作、耗时短、条件温和、重复性高、成本低、并可大规模制备。制备条件高度可控，能避免因过度膨胀导致石墨脱落造成集流体损坏。
[0032]图3展示了石墨纸集流体进行阴极膨胀处理前后的X射线光电子能谱图，其O/C原子比未发生改变，表明在阴极膨胀处理过程中未引入含氧官能团。
[0033]图4展示了石墨纸集流体进行阴极膨胀处理前后的拉曼光谱图，可以看出I
D
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强度比未发生改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以石墨纸为阴极，以对电极为阳极，在电解质水溶液中构建电化学两电极体系；通过在阴阳极之间施加负电压对石墨纸进行阴极膨胀处理，随后对膨胀石墨纸进行去离子水清洗，室温晾干，制得阴极膨胀石墨纸集流体。2.根据权利要求1所述的阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，其特征在于：所述电解质为硫酸、盐酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钾、氯化钠中的至少一种。3.根据权利要求1所述的阴极膨胀石墨纸集流体的制备方法，其特征在于：所述负电位压为
‑
2V～
‑
10V。4.根据权利要求1所述的阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海涵，任梦瑶，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：