[发明专利]一种高质量石墨烯箔集流体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高质量石墨烯箔集流体的制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

目前，锂离子电池中使用的集流体通常为铜箔和铝箔，质量较大，同时在电池测试过程中容易受到腐蚀。自支撑石墨烯膜质量较轻，在多个领域中都有着较为重要的应用，尤其在储能器件中，可作为轻质量导电材料。制备自支撑石墨烯膜主要使用化学氧化石墨法(Hummers法)合成的氧化石墨烯溶液作为原料，再通过真空过滤、电沉积、界面自组装或旋转涂覆等方法得到自支撑膜结构，最后经过还原获得石墨烯膜。然而在这一系列过程中，由于强氧化剂以及还原剂的使用，大量杂质和缺陷会引入石墨烯的结构中，同时还会存在不完全还原的问题，从而对石墨烯的性能，尤其是导电性造成严重影响，限制了自支撑石墨烯膜的进一步应用。通过化学气相沉积法可以获得高导电率的石墨烯，但是该方法制备的石墨烯通常为单层或少层，不仅无法实现自支撑，而且在转移处理过程中经常会受到破坏，很大程度限制了高质量石墨烯的应用范围。

发明内容

针对现有技术制备的自支撑石墨烯膜导电性较差，无法作为电池集流体的问题，本发明的目的在于提供一种高质量石墨烯箔集流体的制备方法，该方法通过严格控制气相沉积方法中各载气的流量、反应的温度、反应时间以及镍箔基底厚度等参数，制备出缺陷少、具有较高的导电性、良好的柔韧性以及抗腐蚀能力的高质量石墨烯箔集流体，可成为金属集流体的良好替代品；所述方法过程较为简易，处理条件简单不苛刻，且能大规模进行制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种高质量石墨烯箔集流体的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤1.厚度为30μm～50μm的镍箔基底先使用乙醇和丙酮溶液进行超声清洗，再放入通甲烷、氩气和氢气的化学气相沉积系统中，在950℃～1100℃下反应3h～9h后，冷却，在镍箔上沉积得到石墨烯箔；

步骤2.将负载有石墨烯箔的镍箔移至盐酸和氯化铁的混合溶液中，待镍箔刻蚀完全后，将得到的石墨烯箔进行清洗并干燥，得到所述高质量石墨烯箔集流体；

步骤1中，甲烷流量为2.25sccm～9sccm，氩气流量为150sccm～250sccm，氢气流量为20sccm～30sccm；

步骤2所述混合溶液中，盐酸的浓度为0.5mol/L～2mol/L，氯化铁的浓度为1mol/L～3mol/L。

化学气相沉积系统中，升温速率优选5℃/min～15℃/min，降温速率优选5℃/min～20℃/min。

有益效果：

(1)本发明所述方法，制备过程较为简单，避免使用过多的化学物质，从而得到的石墨烯箔集流体较为干净，不需要繁琐的后处理过程；与传统化学气相沉积法得到的少层石墨烯不同，石墨烯箔集流体不需要基底支撑，不易遭到破坏，而且质量高缺陷少；另外，通过严格调控制备参数可以实现对石墨烯箔集流体厚度的调控。

(2)本发明所述方法制备的石墨烯箔集流体具有良好的导电性，电导率可达4149S/cm，其导电性能远高于化学法修饰得到的石墨烯膜，为其在电化学领域的进一步应用提供了前提条件；所制备的石墨烯箔集流体强度较高，且具有很好的弯折能力，在电池装配过程中具有较好的耐受力；所制备的石墨烯箔集流体具有较好的耐腐蚀能力，同时与电极材料具有很好的结合力，在电池测试过程中可以防止由于腐蚀以及电极材料脱落而造成的性能衰减问题。本发明所述的石墨烯箔集流体质量较轻，远低于金属箔集流体，可有效减小电池质量，成为金属箔集流体的良好替代品。

附图说明

图1为实施例1中得到的石墨烯箔集流体的X射线衍射(XRD)图。

图2为实施例1中得到的石墨烯箔集流体的拉曼光谱图。

图3为实施例1中得到的石墨烯箔集流体的扫描电子显微镜(SEM)图。

图4为实施例1中组装的电池在0.1A/g电流密度下第5圈的充放电曲线图。

图5为实施例1中组装的电池的倍率性能图。

图6为实施例1中组装的电池在1A/g电流密度下的循环性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。

以下实施例中所用测试设备如下：

扫描电子显微镜：JSM-7001F；

X射线衍射仪：德国布鲁克D8系列；

共聚焦拉曼光谱仪：英格兰(Renishaw PLC)RM 2000；

KDY-1型四探针电阻率、方阻测试仪，昆德科技有限公司；