[发明专利]一种三维石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三维石墨烯复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：以金属基底为负极，贵金属电极为正极，在三维石墨烯胶体溶液中进行第一电泳涂装，得到表面沉积有三维石墨烯层的金属基底；将所述表面沉积有三维石墨烯层的金属基底为负极，贵金属电极为正极，在金属氧化物胶体溶液中进行第二电泳涂装，得到三维石墨烯复合电极材料。本发明提供的方法利用电泳涂装技术，仅需两步即可得到三维石墨烯复合电极材料，不需要苛刻的生产条件，操作简单，步骤少，成本低，易于工业化生产，且得到的三维石墨烯复合电极材料具有优异的储能性和循环性能。

技术领域

本发明涉及电极材料的技术领域，特别涉及一种三维石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

三维石墨烯具有三维导电的网络结构，比表面积大，机械性能好，广泛的应用于超级电容器和锂离子电池的阳极材料中。为了进一步提高电极材料的性能，人们将三维石墨烯和一些其他材料(如金属粒子、金属氧化物、金属硫化物等)进行复合，通过复合将两种或两种以上的材料的性能结合起来，产生协同作用，从而使复合电极材料表现出良好的储能性、高的导电性能和良好的稳定性，在电化学领域中具有广阔的发展前景。

目前制备三维石墨烯复合电极材料采用的主要方法为：首先通过化学气相沉积法在基底层上生长三维石墨烯，再通过水热法或电化学沉积在三维石墨烯上复合金属氧化物等材料。然而，化学气相沉积法生长三维石墨烯需要900～1000℃的高温，生产成本高，且耗时较长；水热法在三维石墨烯上生长金属氧化物的步骤同样存在温度较高、耗时长的缺点，且该步骤的反应条件较苛刻；电化学沉积法是利用三维石墨烯作为工作电极，在金属盐溶液中进行电化学沉积，这种方法虽然工作温度较低，但是在电解过程中会发生多种电解反应，且复合材料的配比不易控制。因此，目前本领域中生产三维石墨烯复合电极材料的方法普遍存在方法复杂，生产时间长的缺陷，造成生产效率较低，不适合大规模生产。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种成本低、工艺简单、生产时间短，易于工业化生产的三维石墨烯复合电极材料的制备方法，使用该方法制备的三维石墨烯复合电极材料储能性好，且具有良好的循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三维石墨烯复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

以金属基底为负极，贵金属电极为正极，在三维石墨烯胶体溶液中进行第一电泳涂装，得到表面沉积有三维石墨烯层的金属基底；

将所述表面沉积有三维石墨烯层的金属基底为负极，贵金属为正极，在金属氧化物胶体溶液中进行第二电泳涂装，得到三维石墨烯复合电极材料。

优选的，所述金属基底为泡沫金属或金属箔片；

所述泡沫金属为泡沫镍或泡沫铜；

所述金属箔片为铜箔或镍箔。

优选的，所述三维石墨烯胶体溶液中三维石墨烯的浓度为0.6～1.8mg/L。

优选的，所述第一电泳涂装的温度为25～35℃；涂装时间为3～5min；电场强度为80～120V/cm。

优选的，所述金属氧化物为RuO₂、IrO₂、MnO₂、Co₃O₄、NiO或V₂O₅。

优选的，所述金属氧化物胶体溶液中金属氧化物的质量分数为10～20％。

优选的，所述第二电泳涂装的温度为25～35℃；涂装时间为3～5min；电场强度为60～80V/cm。