[发明专利]一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料及其制备方法与其在弹性集流体中的应用

说明书

本发明涉及一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料及其制备方法与其在弹性集流体中的应用，属于柔性电极材料技术领域。本发明公开了一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料(CNT‑g‑Gr)，所述一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料为三维网状结构，以Ni金属纳米颗粒为节点连接石墨烯、碳纳米管。本发明还公开了一种导电弹性体，所述导电弹性体包括弹性聚合物基底，其内部含有碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料。

技术领域

本发明属于柔性电极材料技术领域，涉及一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料及其制备方法与其在弹性集流体中的应用。

背景技术

当今社会，智能可穿戴、集成化电子产品迅猛发展，直接渗透到关系人们生活质量的诸如医疗卫生、运动健康、信息娱乐等重要领域。新兴的柔性智能可穿戴电子设备对微电池的柔性及可拉伸性提出了更高的要求。为保障可穿戴设备能适用于不同的形变场景，储能器件的可拉伸性至关重要。然而，传统可弯曲、折叠的柔性电池拉伸形变多在10％以下，而在诸多贴附于皮肤、肌肉、尤其是人体关节部位、以及整合到可拉伸织物的可穿戴设备中，产生的拉伸形变均在50％以上。在可穿戴柔性电池中，柔性及可拉伸集流体的设计和制备是最重要的部分之一，然而，大部分集流体在机械应力作用下，会遭遇结构被破坏、内部导电网络发生断裂、活性物质从集流体上脱落的困境。为满足柔性可穿戴电子产品的能量需求和形变需求，集流体必须具备优良的能量密度和可拉伸性。

集流体是构成电池核心组成部分，主要功能汇集电池活性物质充放电过程中产生的电流然后对外输出，对电池的性能至关重要。传统的集流体(铝箔、铜箔等)，不再适用于可拉伸电池体系。为保持电极在拉伸状态下电化学性能的稳定性，确保集流体在同步形变下依然具备优良的电导率至关重要。新型弹性材料的引入，从根本上改变传统电池中电极和集流体的结构。采用导电填料与弹性材料复合制备可拉伸的导电弹性体，其中，最广泛使用的填料依然是石墨、石墨烯、碳纳米管等。然而，由于碳纳米管和石墨烯的超高长径比和比表面积，导致单根碳纳米管之间、单层和少层石墨烯之间存在极强的范德华力，极易发生团聚和纠缠，影响聚合物内部导电网络的形成，在电池发生拉伸大形变的状态下，单单由石墨烯或碳纳米管作为导电填料的弹性集流体的内部导电网络结构会出现失联和断裂，引发电导率下降，严重影响电池的电化学性能，导致可穿戴设备无法正常运行。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有三维网状结构的一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料，本发明制得的导电复合材料的制备及在制备弹性集流体中的应用时，在拉伸条件下仍能保持导电性能良好。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料(CNT-g-Gr)，所述一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料为三维网状结构，以Ni金属纳米颗粒为节点连接石墨烯、碳纳米管。

本发明将本身具有超高导电能力的石墨烯、碳纳米管以超高导电能力的Ni金属纳米颗粒为节点连接，这个结构一方面赋予材料超高的导电能力。

作为优选，所述一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料的比表面积为1000-2500m²/g。

本发明也公开了一种一体化碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将一水合葡萄糖、氯化铵、二价镍无机酸盐与去离子水混合后烘干、研磨得混合粉末，加入到氯化钠、氯化钾组成的二元盐分体系中并预热，将预热后的材料转移至管式炉中在氩气氛围中保温，切换到乙炔气体通道后继续保温，然后转换到氩气气路通道冷却至常温，清洗、烘干后得碳纳米管嫁接石墨烯导电复合材料。