[发明专利]复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合电极材料及其制备方法。所述复合电极材料包括依次设置的碳基薄膜、多孔金属层和电化学活性物质层，其中，所述电化学活性物质层在所述多孔金属层表面原位生长形成。所述复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：提供碳基薄膜，采用电镀法在所述碳基薄膜一表面沉积多孔金属，制备多孔金属层；在所述多孔金属层表面原位生长电化学活性物质，制备电化学活性物质层。

技术领域

本发明属于复合电极材料领域，尤其涉及一种复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，不可再生资源日益减少，环境污染也越发严重，这就迫切需要研发利用新型的高效绿色能源，然而这些都离不开电化学储能。近年来，有关电化学储能器件的研究较多，主要集中在锂离子电池和超级电容器领域。它们可以提供良好的能量密度和功率密度，并且具有优异的循环性能，稳定性较好；有些甚至还具有柔性，可制备成可穿戴器件，从而扩展了其应用领域。因此，电化学储能将持续成为绿色清洁能源中研究的热点和重点，在市场中的份额也将越来越大。

电化学储能器件的性能主要决定于电极材料。目前，大多数电化学储能器件的电极制备方法如下：将具有电化学活性的金属氧化物或者双金属氧化物、硫化物粉末与导电剂(炭黑，乙炔炭黑)，聚合物粘合剂(PVDF，聚偏氟乙稀)混合后，加入溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮后，搅拌得到均匀的糊状物，然后涂布在集流体铜箔或者泡沫镍上。这种制备方法制作的电极由于使用了热导率很低的聚合物粘合剂，整个电极的内阻和热导率都不理想。因此，在快速充放电时容易产生巨大的热量，并且很难散发到环境中去，不利于器件的稳定性、循环性能和使用寿命的提高。现有常规的电源热管理方案如增加器件附近空气流动、使用热沉等，都是间接的带走器件的热量从而起到降温的作用，虽然能一定程度上降低器件温度，然而这些都没有从根本上解决器件的散热问题。

目前有利用高导热的石墨烯膜作为基底，并在其表面或者片层间沉积活电化学活性物质的方法。但由于引入了电导率很低的电化学活性物质，虽然电极的整体热导率得到了提升，整个电极的电导率仍然较低，充放电时还是会产生较大热量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合电极材料及其制备方法，旨在解决现有电极材料由于电极内阻较大、热导率较低，导致充放电时产生巨大热量、且难于散发，不利于提高器件的稳定性、循环性能和使用寿命的问题。

本发明是这样实现的，一种复合电极材料，包括依次设置的碳基薄膜、多孔金属层和电化学活性物质层，其中，所述电化学活性物质层在所述多孔金属层表面原位生长形成。

以及，一种复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供碳基薄膜，采用电镀法在所述碳基薄膜一表面沉积多孔金属，制备多孔金属层；

在所述多孔金属层表面原位生长电化学活性物质，制备电化学活性物质层。

本发明提供的复合电极材料，以所述碳基薄膜作为基底，依次沉积有多孔金属层和电化学活性物质层。所述复合电极材料作为一个整体电极，不仅不需要引入低热导率的聚合物粘合剂材料，而且不需要使用集流体，从而有效的解决了整个电极的易发热难散热的缺点，同时提高了材料的利用率和大大降低了电化学储能器件的总质量和厚度，提升了电化学储能器件的循环性能和使用寿命。本发明提供的复合电极材料具有高导电导热的可以直接应用于超级电容器和锂离子电池的电极材料。

本发明提供的复合电极材料的制备方法，在所述多孔金属层表面原位生长电化学活性物质，可以保留所述碳基薄膜较好的热导率和电导率。此外，本发明方法操作简单，整体实验成本较低，反应条件温和，易于大规模工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。