[发明专利]石墨烯基柔性电极及其制备方法

说明书

本申请涉及一种石墨烯基柔性电极及其制备方法，属于电极技术领域。一种石墨烯基柔性电极的制备方法，包括将电极浆料通过刮涂的方式涂覆在基底上，经过加工制得电极薄膜。电极浆料包括石墨烯与电化学活性组分。将电极薄膜通过激光打印得到图案化的薄膜电极。该制备方法可以制得可刮涂的、无需金属集流体的高导电性电极薄膜和激光打印法制备的图案化的薄膜电极。该制备方法工艺简单，整个过程可以实现卷对卷生产扩大。且无需额外金属集流体即可制备成串/并联器件或与其他柔性终端集成化。另一方面，图案化的薄膜电极可根据应用要求转移至其他基底，可作为多电极一体化及贴片式柔性电源，作为各类可穿戴设备，贴肤设备等柔性电子设备适配电源。

技术领域

本申请涉及电极技术领域，且特别涉及一种石墨烯基柔性电极及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的进步，越来越多的电子设备向着轻薄化、柔性化可穿戴的方向发展。发展柔性电子最大的挑战之一就是与相适应的轻薄化柔性型储能器件。柔性超级电容器具有功率密度大、快速充放电、循环寿命长、稳定性好等优点，可作为柔性储能的理想选择。

现有柔性超级电容器的制备工艺成本高昂，工艺复杂，没有批量化制备柔性超级电容器的制备工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种石墨烯基柔性电极及其制备方法，该制备方法工艺简单，有望实现批量化低成本制备。

第一方面，本申请实施例提出了一种石墨烯基柔性电极的制备方法，包括：将电极浆料通过刮涂的方式涂覆在基底上，经过加工制得电极薄膜。电极浆料包括石墨烯与电化学活性组分。将电极薄膜通过激光打印得到图案化的薄膜电极。

该制备方法可以制得可刮涂的、无需金属集流体的高导电性电极薄膜和激光打印法制备的图案化的薄膜电极。该制备方法工艺简单，整个过程可以实现卷对卷生产扩大。且无需额外金属集流体即可制备成串/并联器件或与其他柔性终端集成化。另一方面，该图案化的薄膜电极，可根据应用要求转移至其他基底，可作为多电极一体化及贴片式柔性电源，作为各类可穿戴设备，贴肤设备等柔性电子设备适配电源。

在本申请的部分实施例中，石墨烯与电化学活性组分的质量比为5～1:1，可选的，石墨烯与电化学活性组分的质量比为4～2:1。在该质量比的范围内，电极浆料具有较高的导电性和容量密度以及良好的刮涂特性，所制备的电极具有良好的柔性和稳定性。

在本申请的部分实施例中，石墨烯的片层平面尺寸为1～15μm，片层厚度3nm，电导率800s·cm^-1。该结构与性能的石墨烯制备得到的复合电极浆料具有较高的导电性能。

在本申请的部分实施例中，电化学活性组分包括导电高分子或具有电化学活性的无机材料，或为二者混合。导电高分子包括聚苯胺、聚吡咯以及聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的一种或至少两种，具有电化学活性的无机材料包括碳纳米管、二氧化锰以及氧化钌中的一种或至少两种。上述电化学活性组分是超级电容器电容量的主要提供者；同时可作为分散剂增加浆料的均匀性和粘度，具备可刮涂性以及可以提高薄膜的机械强度。

在本申请的部分实施例中，电极浆料的固含量为3～10％，可选的，电极浆料的固含量为5～8％。浆料的固含量根据电化学活性组分的种类和添加比例确定，在保证浆料的均匀性和粘性使其具备可刮涂性的前提下，提高固含量可以提高电极薄膜的负载量，进而提高电容量。

在本申请的部分实施例中，电极浆料的制备方法包括：将石墨烯、电化学活性组分与溶剂混合，溶剂与物料质量比为30～50:1，可通过球磨、砂磨或者超声分散、磁力搅拌或者其他机械搅拌的方法混合，混合结束后将多余的溶剂在60～80℃加热挥发得到一定固含量的电极浆料。该方法可以得到混合均匀可刮涂的电极浆料。

在本申请的部分实施例中，电极浆料涂覆于基底之后，将薄膜基底烘干、压片得到电极薄膜，烘干温度为60～80℃，烘干时间为1～5小时。在该温度条件下，可以将溶剂烘掉，同时不会导致高分子材料变性。