一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极及其制备方法，将石墨与氧化石墨烯共混，真空抽滤成膜，高温自蔓延处理，氧化石墨烯热还原为石墨烯，还原过程中释放大量的小分子气体，气体从石墨烯片层逸出，构筑了发达多孔的三维结构，从而得到高孔隙率、高比表面积的石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极。石墨烯片层构建的三维导电网络，可以有效地缓冲石墨的体积膨胀，同时提供了大量的储钾活性位点，且利于电解液的渗透和离子快速的迁移，从而改善其电化学储钾性能。所述电极中石墨和石墨烯的质量比例为(0.5‑4.0)：1，所制备的复合电极具有良好的自支撑性，膜的厚度为5‑350μm。该电极可直接用作钾离子电池负极，并表现出优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源材料，尤其涉及一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极及其制备方法。

技术介绍

1、传统化石能源储量有限、分布不均导致的能源短缺问题，以及开采利用化石能源所带来的环境污染，一直是制约着人类生存与发展的难题。在众多储能体系中，锂离子电池研发生产技术最为成熟，已广泛应用于电动汽车、数码3c产品等领域，随着锂离子电池需求量的增长，导致锂离子电池成本较高，难以满足规模储能的需求。因此，迫切需要开发一种成本低廉、安全性高、电化学性能优异的新型二次电池体系。

2、钾元素与锂位于同一主族，化学性质相似，钾离子电池与锂离子电池也有着相同的机理，并且钾资源丰富，在地壳中的储量(2.09wt％)远高于锂资源(0.0017wt％)，开采使用成本更加低廉，因此，钾离子电池是非常具有前景的面向规模储能应用的新型二次电池体系。石墨成本低廉、生产工艺成熟，是锂离子电池的商业化负极材料。同时，石墨可以与钾离子形成稳定的插层化合物kc8，理论储钾容量为279mah g-1。然而，由于钾的离子尺寸大，嵌入过程中会引起较大的层间体积膨胀，最终导致电极材本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极，其特征在于，所述电极由石墨与氧化石墨烯复合膜经过高温自蔓延处理得到，氧化石墨烯自蔓延过程中被快速还原为石墨烯，同时大量气体瞬间逸出，形成了蓬松多孔的三维结构，从而得到高孔隙率、高比表面积的石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极。所述电极中石墨和石墨烯的质量比例为(0.5-4.0):1，所制备的复合电极具有良好的自支撑性，膜的厚度为5-350μm。

2.一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑电极的制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑电极...

【技术特征摘要】

1.一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极，其特征在于，所述电极由石墨与氧化石墨烯复合膜经过高温自蔓延处理得到，氧化石墨烯自蔓延过程中被快速还原为石墨烯，同时大量气体瞬间逸出，形成了蓬松多孔的三维结构，从而得到高孔隙率、高比表面积的石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极。所述电极中石墨和石墨烯的质量比例为(0.5-4.0):1，所制备的复合电极具有良好的自支撑性，膜的厚度为5-350μm。

2.一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑电极的制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑电极的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中所述氧化石墨烯的制备方法包括改性的hummer’s法、brodie法和staudenmaier法中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述一种钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中所述氧化石墨烯的片层层数为1～10层，片层尺寸大小为1～50μm。

5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，李天宇，李广，孙宁，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：