[发明专利]一步法制备无粘结剂的石墨烯电极的方法及所用装置

权利要求书

1.一种用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于该装置

包括槽体(1)，槽体(1)内设有阴极室(11)和带搅拌器的阳极室(12)，阴极室(11)和阳极室(12)之间通过多孔性绝缘隔板(4)隔开；

还包括可置于阴极室(11)内的阴极片(2)和可置于阳极室(12)内的阳极片(3)，所述阴极片(2)和阳极片(3)通过各自的导线(7)连接至物理电源(5)，阴极片(2)还通过步进机导杆(8)连通步进机(6)，且阴极片(2)的起始位置紧贴多孔性绝缘隔板(4)。

2.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述槽体(1)的厚度为5mm-10mm，由耐有机腐蚀的材质制成。

3.根据权利要求2所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：制作所述槽体(1)的耐有机腐蚀的材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯或增强聚丙烯中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述搅拌器为机械搅拌器、磁力搅拌器或气流搅拌器中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述多孔性绝缘隔板(4)为超细玻璃纤维隔板、聚氯乙烯隔板或聚丙烯隔板中的任意一种，其孔道的孔径为20μm-25μm。

6.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述阴极片(2)厚度为10μm-50μm，材质为铜、镍或不锈钢中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述阳极片(3)为不溶性阳极，厚度为100μm-3mm。

8.根据权利要求7所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述阳极片(3)为不锈钢、石墨片、铂阳极、钛板、钛网、DSA钛阳极中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的用于制备无粘结剂的石墨烯电极的装置，其特征在于：所述物理电源(5)的电压范围为10-300V，所述步进机(6)为五相电机。

10.一种利用权利要求1-9任意一项权利要求所述的装置进行一步法制备无粘结剂的石墨烯电极的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)、将阳极片(3)和阴极片(2)分别放入槽体(1)的阳极室(12)和阴极室(11)内，阴极片(2)紧贴多孔性绝缘隔板(4)；导线(7)连接至物理电源(5)，连通阴极片(2)至步进机(6)的步进机导杆(8)；

(2)、将定量锂盐加入到有机溶剂中并经超声混合均匀后，转移至阴极室(11)内；将定量石墨烯加入有机溶剂中并经超声混合均匀后，添加到阳极室(12)中并开启搅拌器；

(3)、开启物理电源(5)，设置步进机(6)的步距角，石墨烯通过多孔性绝缘隔板(4)的孔道后在处于电场中的锂盐作用下定位沉积到阴极片(2)表面；

(4)、在步进机(6)的推动下，阴极片(2)缓缓离开多孔性绝缘隔板(4)，同时，石墨烯在阴极片(2)表面的沉积高度不断增加，形成柱状的石墨烯线(21)；随着阴极片(2)的离开和石墨烯线(21)的增高，阴极室(11)中的锂盐在电场作用下同时沉积至阴极片(2)其它沉积部位，形成嵌锂结构(22)；

(5)、当阴极片(2)上的膜层厚度达到50-150μm时，关闭物理电源(5)和步进机(6)，得到嵌锂的石墨烯电极片。

11.根据权利要求10所述的一步法制备无粘结剂的石墨烯电极的方法，其特征在于：步骤(2)中所述有机溶剂为沸点低于200℃的无毒或低毒的有机溶剂。

12.根据权利要求11所述的一步法制备无粘结剂的石墨烯电极的方法，其特征在于：步骤(2)中所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮或丁酮中的一种或任意两种或任意两种以上的混合物。

13.根据权利要求10所述的一步法制备无粘结剂的石墨烯电极的方法，其特征在于：步骤(2)所述锂盐为钴酸锂、钛酸锂、钼酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂或镍钴锰酸锂中的一种或任意两种或任意两种以上的混合物。