【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，最终导致电极材料粉化脱落，严重影响石墨负极的循环稳定性，此外，大的离子尺寸导致钾离子在石墨体相的扩散、传输动力学差，倍率性能差。因此，减缓电极体积膨胀，构建离子快速传输的通道，是提高钾离子电池石墨电极电化学性能性能的关键。
技术实现思路
1、针对以上技术问题，本专利技术提供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
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供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的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将氧化石墨烯配制成浓度为1.0-5.0mg/ml的水溶液；
5、(2)将一定比例的石墨分散到溶液(1)中，并充分搅拌，使石墨和氧化石墨烯混合均匀；
6、(3)将混合溶液(2)真空抽滤成膜，干燥，得到石墨@氧化石墨烯复合膜；
7、(4)在惰性气氛保护下，将得到的石墨@氧化石墨烯复合膜在300℃电热炉上恒温热处理1-10s，氧化石墨烯热还原为石墨烯，得到三维自支撑的石墨@石墨烯复合膜。
8、优选地，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。
9、优选地，所述步骤(1)中所述氧化石墨烯的片层层数为1～10层，片层直径为1～50μm。
10、优选地，所述步骤(2)中所述石墨在溶液(1)中的分散方式为超声分散，功率为100-800w。
11、优选地，所述步骤(2)中石墨和氧化石墨烯的比例为(0.5-2.0):1。
12、优选地，所述步骤(3)中干燥处理方式为40-120℃真空干燥3-12h。
13、优选地，所述步骤(4)中所述电热炉功率为400-2000w。
14、优选地，所述步骤(4)中惰性气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中的任意一种或几种的混合。
15、本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的新型三维网络结构的石墨@石墨烯复合自支撑膜电极和上述技术方案所述的新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极在钾离子电池中的应用。
16、有益效果：
17、本专利技术提供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溶液按照一定的质量比例均匀分散，真空抽滤成膜后，加热引发自蔓延反应，氧化石墨烯被还原为石墨烯，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。石墨烯片层搭建的三维网络可以有效缓解石墨储钾过程中的体积膨胀，很大程度上提高了电极的结构稳定性。此外，这种三维导电网络结构疏松，暴露了更多的储钾活性位点，且增加了与电解液的接触，有利于电子、离子的快速传输，从而改善电极的倍率性能。通过自蔓延方法制备的石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极具有良好的柔性强度，可直接作为钾离子电池负极，无需额外的粘结剂和集流体，简化了电极制备流程，且该电极中石墨和石墨烯均作为活性物质，避免了任何非活性组分的加入，从而在电极层面提高了石墨负极的储钾性能，因此，该方法是较为理想的制备高性能钾离子电池石墨负极的方法。通过调节石墨和氧化石墨烯的质量比例和热处理温度及时间等可调控石墨@石墨烯三维复合自支撑电极的形貌结构，使得制备得到的电极表现出优异的储钾性能。
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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.根据权利要求2所述一种钾离子电池新型石墨@
6.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(2)中石墨和氧化石墨烯的比例为(0.5-2.0):1。
7.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(3)中干燥处理方式为40-120℃真空干燥3-12h。
8.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(4)中所述电热炉功率为400-2000W。
9.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(4)中惰性气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中的任意一种或几种的混合。
10.权利要求2-9任一项所述制备方法得到的钾离子电池新型石墨@石墨烯三维复合自支撑膜电极。
...【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...
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