[发明专利]一种导电碳基底负载石墨烯气凝胶复合电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电碳基底负载石墨烯气凝胶复合电极及其制备方法，该复合电极的石墨烯气凝胶一部分渗透到导电碳基底的孔隙中，剩余部分石墨烯气凝胶负载在导电碳基底的表面。制备方法是：1、将过渡金属盐或活性物质粉体加入到氧化石墨烯分散液中，2、将步骤1制得的混合溶液A滴加在导电碳基底上，冷冻干燥；3、将导电碳基底负载的前驱体气凝胶放入加热炉中，在保护气体下进行热处理。本发明技术效果是：避免石墨烯气凝胶的研磨，不用导电剂和粘结剂，石墨烯气凝胶导电网络的网孔没有堵塞，提高了复合电极的电性能，且结构紧密，不脱落。

技术领域

本发明属于电极技术领域，具体涉及一种石墨烯气凝胶复合电极和该电极制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长等特点，在便携式电子设备，电动汽车和电网储能等方面承担重要作用。然而，目前商业化的锂离子电池主要采用石墨类碳负极材料，其理论比容量低（372 mAh g^-1），而且嵌锂电位平台接近金属锂，快速充电易发生“析锂”现象引发安全隐患。钠离子电池具有与锂离子电池类似的电化学机制，同时钠离子丰度较高，有利于电池成本的降低。然而，钠离子半径较大，石墨层间距不能有效储钠，因此寻找新型材料以用于锂离子和钠离子电池是十分重要的

过渡金属氧化物（TMOs）、过渡金属硫化物（TMSs）、纳米硅、纳米硒化物等电化学活性物质具有较高的理论比容量、成本低、环境友好，是非常有潜力的锂离子电池和钠离子电池负极材料。然而，这些材料的固有电导率低，在Li⁺/Na⁺嵌入/脱出过程中体积变化较大，在循环过程中活性物质易粉碎、聚集，进而与集流体发生脱离，导致活性物质利用率降低且电化学性能快速衰减。目前常用的方法是将上述电化学活性物质和高导电性的材料进行复合来改善电极的电导率和结构稳定性。

文献“Recent Advances in 3D Graphene Architectures and TheirComposites For energy storage Applications”, Zhijie Wang, Hong Gao, QingZhang, Yuqing Liu, Jun Chen, and Zaiping Guo. Small, 2018,1803858 (1of 21)（“三维石墨烯结构及其复合材料在储能领域的最新进展”，Zhijie Wang, Hong Gao, QingZhang, Yuqing Liu, Jun Chen, and Zaiping Guo. Small, 2018,1803858）记载：石墨烯的导电率高、结构稳定、机械性能优异，通常被用作基底材料，与电化学活性物质进行复合制备三维（3D）复合结构的气凝胶，在气凝胶内部，石墨烯纳米片相互连接形成3D连续的导电网络，比表面积高且具有丰富的微孔、介孔和大孔等分级孔结构。同时，3D相连的网络结构可提供较大的内部反应区域和用于电化学反应的定向分子传输路径，有利于电化学过程中离子和电子的迁移，从而提高电池电化学性能和循环稳定性。

根据文献“Graphene aerogels for efficient energy storage andconversion”，Jiajun Mao, James locozzia, Jianying Huang, Kai Meng, Yuekun Laiand Zhiqun Lin, Energy  Environmental Science 2018, 11, 772-799（“用于高效能量储存和转换的石墨烯气凝胶”， Jiajun Mao, James locozzia, Jianying Huang, KaiMeng, Yuekun Lai and Zhiqun Lin, Energy  Environmental Science 2018, 11,772-799）的记载：目前，石墨烯气凝胶在制备电池电极的应用有：

1、金属-空气电池或燃料电池中的ORR反应的电极材料包括：纯石墨烯气凝胶；由金属氧化物和石墨烯复合的石墨烯气凝胶。