[发明专利]复合集流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更具体地说，涉及一种复合集流体及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度（为普通电池的10倍以上）、高循环寿命（循环次数可达10万次以上）、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔薄膜、集流体、外壳等组装而成。现有的超级电容器的能量密度一般比较低，超级电容器的能量密度的影响因素主要有：电极材料的电容，体系的电压，电极材料占电极活性物质层、集流体、外壳材料组成的总重量的比重。因此，增加电极材料的储能性能和降低器件各个组成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流体的质量是一个有效的提高能量密度的方法。

集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。

目前，大多数的文献中或行业中，一般集流体正极采用铝箔、负极采用铜箔，由于金属集流体的密度较大，质量较重，一般集流体的重量占整个电池的20~25%，在此情况下，电极材料占整个电池的比重则大大减少，最终导致超级电容器的能量密度较低。

鉴于此，有必要提供一种质量较小的集流体。

石墨烯具有优良的性质，通过石墨烯制备的石墨烯薄膜的质量较轻，同时其高的机械性能和高电导率也能满足集流体应用的基本性能指标，因此基于石墨烯所制备的石墨烯薄膜可充当集流体使用，并可降低集流体的质量。

制备石墨烯薄膜大多数是通过氧化石墨烯悬浮液制备成氧化石墨烯薄膜，再经过高温热还原制备石墨烯薄膜。通过氧化石墨烯制备氧化石墨烯薄膜较为容易，且制备出的薄膜较为规整，但在还原为石墨烯薄膜时较容易在高温下破碎，影响集流体的性能。

因此，现有技术中，存在以下技术问题：金属集流体的质量较重、导致超级电容器的能量密度较低，石墨烯作为集流体使用可降低集流体的质量、但在制作过程中石墨烯薄膜易破碎。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷：金属集流体的质量较重、导致超级电容器的能量密度较低，石墨烯作为集流体使用可降低集流体的质量、但在制作过程中石墨烯薄膜易破碎，提供一种复合集流体的制备方法。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种复合集流体。

本发明在氧化石墨烯薄膜表面沉积金属前驱体，再通过热还原的方法制备石墨烯/金属薄膜，在还原的过程中避免了石墨烯的破碎、保护了石墨烯的完整性，并且金属的存在提高了集流体的电导率；制备得到石墨烯/金属薄膜可作为集流体，以该薄膜制备的集流体与传统的铜箔、铝箔相比，集流体重量大为减轻，进而提高了超级电容器的能量密度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

S1：将浓度为0.25~1mg/ml的氧化石墨烯悬浮液过滤、干燥，得到氧化石墨烯薄膜；

S2：将所述氧化石墨烯薄膜浸入到金属前驱体溶液中，随后过滤，取出滤物并清洗，得到氧化石墨烯/金属前驱体薄膜，所述金属前驱体溶液的浓度为0.01~0.05mol/L，PH值为1~4；

S3：将所述氧化石墨烯/金属前驱体薄膜放入反应器中，首先于150~200℃真空状态加热还原反应1~2小时；然后，往反应器中通入还原性气体，并升温至500~1000℃，继续还原反应0.5~2小时，得到石墨烯/金属薄膜为基材的所述复合集流体。

在本发明所述的复合集流体的制备方法中，所述步骤S1中：所述氧化石墨烯悬浮液的溶剂包括去离子水、乙醇、甲醇及异丙醇中的至少一种。

在本发明所述的复合集流体的制备方法中，所述步骤S1中，所述氧化石墨烯悬浮液的过滤包括：将所述氧化石墨烯悬浮液通过微孔滤膜真空过滤得到厚度为3~10μm的所述氧化石墨烯薄膜。

在本发明所述的复合集流体的制备方法中，所述步骤S2中：所述金属前驱体溶液包括AgNO₃溶液、PdCl₂溶液或Mg（NO₃）₂溶液。

在本发明所述的复合集流体的制备方法中，所述步骤S2中：所述氧化石墨烯薄膜浸入到所述金属前驱体溶液中的时间为10~30分钟。

在本发明所述的复合集流体的制备方法中，所述步骤S3中：所述反应器为管式炉。