[发明专利]一种柔性电极的制备方法和柔性电极

说明书

技术领域

本申请涉及电极材料领域，特别是涉及一种柔性电极的制备方法及其制备的柔性电极。

背景技术

随着人们对有限的化石燃料和环境问题的日益关注，寻求一种替换的能量转换/存储资源变得非常重要也势在必行。超级电容器，又称电化学电容，在能源存储上有着及其重要的作用。超级电容器具有高功率密度，使用寿命长等特点，并且在便携式电子设备中有许多潜在的应用，适合用于混合动力电动汽车和植入式医疗装置等。近些年，越来越多的研究关注超级电容器作为储能装置，在不同的现代化装置中的应用。一个理想的灵活的超级电容器，应同时具备良好的柔韧性和优良的机械强度，以及强大的电化学能力；以石墨烯制备的柔性电极显然能够很好的满足其需求。柔性电极是超级电容器的核心组件，最新的研究显示，石墨烯作为制备柔性电极的理想材料，不仅由于其结构、机械性能和电性能，而且其具有很高的访问表面积。聚苯胺由于其较高的电容量、良好的环境稳定性，并且易于制备，被认为是最有前途的高分子导电材料。一般情况下，石墨烯或氧化石墨烯片材与聚苯胺结合，由于聚苯胺和石墨烯或氧化石墨烯的协同效应，能够有效的提高柔性电极的电容特性，提高柔性电极的电容量。但是，研究表明，以石墨烯制备的柔性电极，其电化学性能比预期的性能低很多；也就是说，实践生产出来的石墨烯柔性电极的电容量，虽然也能够基本满足超级电容器的使用需求，但是，其实际电容量比理论预期的电容量要小很多。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的柔性电极的制备方法，及制备的柔性电极，以及柔性电极的应用。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种柔性电极的制备方法，包括以下步骤，

a.将碳纳米管和氧化石墨烯混合分散，制备成均匀分散的混合分散液；

b.去除步骤a制备的混合分散液中的溶剂，制成具有三维导电网络的薄膜；

c.在步骤b制备的薄膜的三维导电网络中原位聚合有机高分子导电材料，得到三元柔性复合膜；

d.将步骤c制备的三元柔性复合膜中的氧化石墨烯还原，即获得所述柔性电极。

需要说明的是，碳纳米管和氧化石墨烯制备成均匀分散的混合分散液，然后再去除溶剂，其目的是为了获得三维导电网络的薄膜；因此，理论上任何便于去除而不产生残余的溶剂都是可以用于本申请的。而分散方式和去除溶剂的方式，只要不对碳纳米管和氧化石墨烯造成破坏性的影响都可以用于本申请。还需要说明的是，本申请中有机高分子导电材料是作为基片存在的，虽然碳纳米管和氧化石墨烯也可以制成薄膜，但是，该薄膜物理性能无法满足直接使用需求，因此，需要有机高分子导电材料承载；可以理解，根据不同的需求，可以任意选择导电的有机高分子材料。此外，原位聚合，顾名思义就是将高分子的反应单体填充到薄膜的三维导电网络中，然后在网络中进行聚合反应生成高分子材料；这样能够有效的将碳纳米管和氧化石墨烯的三维导电网络包覆其中。此外，还需要说明的是，步骤d所制备的薄膜是可以直接用于柔性电极的，可以理解，所制备的薄膜根据不同的柔性电极的可能还需要进行剪裁或者适应的处理，这些与柔性电极的一般制备方法相同，在此不累述。

本申请中，优选的步骤a中的混合分散为超声波混合分散，混合分散液的溶剂为蒸馏水。

优选的，步骤b中去除步骤a制备的混合分散液中的溶剂的方法为真空抽滤法。

优选的，步骤c中的有机高分子导电材料选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯乙炔、聚乙炔、聚苯撑、聚苯硫醚、富勒烯及它们的衍生物中的一种或者几种。更优选的为聚苯胺。

优选的，步骤d中氧化石墨烯还原的方法包括，将三元柔性复合膜置于氢碘酸中加热还原。

本申请的另一面公开了采用本申请的制备方法制备的柔性电极。

本申请中，优选的碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化碳纳米管中的至少一种。

优选的，氧化石墨烯为化学氧化剥离的石墨烯。

本申请还公开了本申请的柔性电极在超级电容器中的应用。需要说明的是，柔性电极本身作为传统电极的替换方案，能够满足超级电容器的各种需求，本申请的柔性电极进一步提高了单位电容，并且弥补了石墨烯在氧化过程中产生缺陷，因此能够很好的应用于超级电容器中。

进一步的，在本申请的柔性电极的基础上，本申请公开了以本申请的柔性电极作为电池电极的超级电容器。

由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：