[发明专利]一种对集流体进行修饰的方法、集流体及储能装置

说明书

本申请公开了一种对集流体进行修饰的方法、集流体及储能装置，用以解决现有技术中存在集流体与电极之间的接触点数量较少的问题。所述方法包括：在集流体基底上生长垂直于所述集流体基底的碳纳米管阵列；在具有所述碳纳米管阵列的所述集流体基底上生长垂直于所述碳纳米管阵列的石墨烯层。

技术领域

本申请涉及微电子技术领域，尤其涉及一种对集流体进行修饰的方法、集流体及储能装置。

背景技术

在电池以及超级电容器等储能装置中，集流体的作用为将电极存储的电荷进行集中传导。然而，由于电极材料的表面粗糙度较大，而集流体表面较为光滑，导致集流体材料和电极材料之间只有少量的接触点，进而在两者的界面上形成收缩扩散电阻，阻碍电荷的传输和收集，降低储能装置的功率密度。

现有技术中，通常采用三维泡沫状集流体，如泡沫镍等，虽然可在一定程度上提高集流体和电极的接触点数量，降低接触电阻，但是，上述结构的集流体与电极之间的接触点数量还是较少，导致储能装置的功率密度难以满足要求。

发明内容

本申请提供一种对集流体进行修饰的方法、集流体及储能装置，用以解决现有技术中存在集流体与电极之间的接触点数量较少的问题。

第一方面，本申请提供了一种对集流体进行修饰的方法，首先，在集流体基底上生长垂直于集流体基底的碳纳米管阵列，然后，在生长有该碳纳米管阵列的集流体基底上生长垂直于碳纳米管阵列的石墨烯层，进而在集流体基底形成碳纳米管与石墨烯层的复合结构，该复合结构能够提高了集流体的表面粗糙度，增加集流体与电极之间的接触点，进而减小集流体与电极之间接触电阻，提高储能装置的功率密度。

在第一方面的一种可选的设计中，采用化学气相沉积(chemical vapordeposition，CVD)工艺、固相热解工艺或溅射工艺在集流体基底上生长垂直于集流体基底的碳纳米管阵列。

在第一方面的一种可选的设计中，采用CVD工艺在集流体基底上生长垂直于集流体基底的碳纳米管阵列。首先，在集流体基底上沉积催化剂颗粒，催化剂颗粒为金属、金属化合物或合金，作为碳源分解的活性中心以及碳纳米管生长的成核中心和能量输运者。然后，对集流体基底加热，并采用CVD工艺以碳源气体(如乙烯)为反应气体，在催化剂颗粒的催化作用下在集流体基底上生长碳纳米管阵列。

在第一方面的一种可选的设计中，在生长石墨烯层之后，根据湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除集流体基底上制备碳纳米管时所沉积的催化剂颗粒，避免残留催化剂颗粒对集流体的导电性能产生不良影响。

在第一方面的一种可选的设计中，在集流体基底上生长垂直于集流体基底的碳纳米管阵列之后，采用CVD工艺基于碳源气体(如甲烷)在具有碳纳米管阵列的集流体基底表面生长石墨烯层，其中，碳纳米管阵列中的碳纳米管垂直穿过石墨烯层。

第二方面，本申请提供一种集流体，该集流体包括：集流体基底、设置在集流体基底上且垂直于集流体基底的碳纳米管阵列，以及设置在碳纳米管阵列上且垂直于碳纳米管阵列的石墨烯层。本方案中，集流体基底上具有碳纳米管与石墨烯层的复合结构，该复合结构能够提高了集流体的表面粗糙度，增加集流体与电极之间的接触点，进而减小集流体与电极之间接触电阻，提高储能装置的功率密度。

在第一方面或第二方面的一种可选的设计中，集流体基底上的垂直于碳纳米管阵列的石墨烯层的厚度为1～50μm，例如，石墨烯层的厚度为5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm。上述厚度的石墨烯层使得碳纳米管与石墨烯层的复合结构具有良好的导电性、导热性以及较大的结构强度。

在第一方面或第二方面的一种可选的设计中，集流体基底上的石墨烯层与碳纳米管阵列的质量比在10～15:1范围内，例如，石墨烯层与碳纳米管阵列的质量比为10:1、11:1、12:1、13:1、14:1或15:1。石墨烯层与碳纳米管的上述质量比使得碳纳米管与石墨烯层的复合结构具有良好的导电性、导热性以及较大的结构强度。