[发明专利]一种石墨烯基柔性多层复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性多层复合膜，更具体的说，涉及一种高储能电极材料的柔性多层复合膜，属于纳米技术领域。

背景技术

随着能源危机在全世界范围引起的广泛关注，开发新能源成为实现可持续发展的重要任务之一。超级电容器以其高功率，低成本，节能，安全，环保，使用寿命长等优点，成为我国前沿新材料技术发展的一个重要组成部分，被认为是最有希望作为充电电池的替代品的新型器件。与此同时，可折叠显示器等柔性电子器件的出现，对储能电极材料的可弯曲性，可折叠性提出了新的要求，开发柔性电极材料成为柔性储能器件发展的关键因素。

虽然目前柔性材料已经取得了一定的发展，但是通常使用的柔性电极材料主要是基于碳纳米管，碳纤维和石墨烯，在导电性能、力学性能及稳定性方面都有较大提高，并且已经通过改性的方法在一定程度上提升了储能密度，但是距离活性材料的理论值仍有很大距离。因此选择合适的制备方法最大限度地提高活性材料的储能性能是柔性电极材料发展的有效渠道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种有效提高活性物质的利用效率，具有高储能密度的石墨烯基柔性多层复合膜。

同时，本发明还提供了所述石墨烯基柔性多层复合膜的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种石墨烯基柔性多层复合膜，包含经电荷处理的柔性基底，其特征在于：所述复合膜为由单原子层厚度的石墨烯片层和单片层化合物逐层交叠构成，其中所述单片层化合物为金属氢氧化物或金属氧化物，所述金属氧化物为锰，钴，镍或钼的氧化物，所述金属氢氧化物具有通式：[M²⁺_1-XN³⁺_X(OH)₂]^X+·[A^n-_X/n]^X-·mH₂O，其中M代表Co或Mg；N代表Co，Fe，Ni或Al；A代表抗衡离子，m取0.3-0.7。

本发明进一步限定的技术方案是：所述石墨烯片层表面修饰有至少为羧基或磺酸基的负电基团。

进一步的：所述柔性基底为柔性塑料或金属箔。

更进一步的：所述柔性塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。

更进一步的：所述金属箔为金箔，银箔，铜箔或铝箔。

本发明还提供一种石墨烯基柔性多层复合膜的制备方法，包含如下步骤：

Ⅰ、采用化学氧化法处理石墨粉制得石墨烯，并将石墨烯片层进行氧化反应使其表面附有负电基团，制得石墨烯片层的分散液；

Ⅱ、合成金属氢氧化物或金属氧化物，采用化学或物理的剥离方法制得单原子层厚度的金属氢氧化物或金属氧化物的分散液；

Ⅲ、对柔性基底进行表面电性处理之后，先浸入步骤Ⅰ中制得的石墨烯片层分散液中，吸附平衡后洗涤干燥，再浸入步骤Ⅱ制得的金属氢氧化物或金属氧化物的分散液中，达到吸附平衡后洗涤干燥，根据复合膜的厚度要求交替重复该浸液吸附洗涤干燥步骤至组装层数。

本发明方法的进一步限定的技术方案是：步骤Ⅰ中所述采用化学氧化法处理石墨粉的流程为：将石墨粉经氧化剂氧化后，用去离子水和一定量的双氧水洗涤，超声分散，离心收集上清液，得到石墨烯片层的分散液。

进一步的：步骤Ⅲ中所述柔性基底进行表面电性处理的方法为：将柔性基底浸入氢氧化钠溶液去除表面携带的负电荷，再浸入聚电解质PDDA溶液中将表面处理为正电荷。

本发明的有益效果是：本发明通过层层自组装的方法在柔性基底上组装得到了多层复合膜，实现电极材料同时具有柔性、高储能密度的特点；所选用的金属氢氧化物或金属氧化物具有较大的理论电容值，极大限度地提高了活性材料的利用效率；本发明用于柔性超级电容器等储能器件的电极材料，有效提供高储能密度，并且具有极高的重量容量和体积容量，重量容量高达900-1200F/g，体积容量可达到390F/cm³；所用金属氢氧化物或金属氧化物均无毒性，安全性好，并且成本低，制备方法简单，可大批量制备。

附图说明

图1为本发明的石墨烯柔性多层复合膜制备方法的流程图；

图2为本发明实施例1的电化学性能测试结果的循环伏安测试曲线图；

图3为本发明实施例1的电化学性能测试结果的比电容值与充放电电流关系图。

具体实施方式