[发明专利]柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极及其制备方法

说明书

柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极的制备方法，属于电化学储能与转换技术领域。在制备碳纳米管薄膜的过程中，采用喷涂技术将钨盐溶液喷洒在碳纳米管管束表面，形成碳纳米管薄膜/钨盐/碳纳米管薄膜层层自组装复合前驱体；将该复合前驱体置于高压反应釜中进行溶剂热反应；反应结束后降至室温，干燥，得到复合膜；将干燥后的复合膜置于管式炉中，于氮气气氛中煅烧，得到碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合材料。将上述薄膜材料进行辊压、冲片，即可得到柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极。此电极具有柔性、质轻、无粘结剂、制备工艺简单等特点，有利于批量化生产，可应用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池和水电解等电化学储能与转换领域。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极的制备方法。

背景技术

随着电极技术的快速发展，柔性可穿戴器件逐步进入了普通大众的视野。将电极材料负载在各类柔性导电基体上，使得所制备的器件具有可折叠、便携性强的特点，符合各类新型电子设备的发展趋势。氧化钨作为活性物质，可与锂离子发生独特的转换反应，其理论比容量（693 mAh g^-1）比商业石墨的（372 mAh g^-1）更高，同时具有成本低、固有密度高和安全无污染等特点，成为具有潜力的锂离子电池负极材料。氧化钨虽然比碳材料具有更好的储锂性能，但也存在不足之处，即氧化钨材料在首次充放电循环时，放电比容量很可观，可超过其理论比容量，但在随后循环中，其容量的稳定性较差，衰减较为明显。石墨烯薄膜和碳纳米管薄膜具有机械柔性和高电子迁移率，负载活性物质（如氧化锡、氧化铁、氧化钒、氧化钨等）可用于构建柔性电极。将氧化钨负载在碳材料薄膜等柔性基底上，形成复合物，是制备氧化钨基柔性电极的较佳选择。通常方法是利用超声波和过滤技术制备氧化钨/碳纳米管薄膜（或石墨烯）复合材料，直接作为电极材料，表现出较好的循环性能和倍率性能，然而，直接负载在柔性导电基体上的电极材料往往面临结合力差、折叠过程中易破损脱落的现实问题，使得电池容量衰减较快，甚至会引发一系列安全事故。

发明内容

本发明目的在于提供一种柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极，通过将电极材料表面进行碳包覆并嵌入柔性导电基体网络中，可以有效提高锂离子和电子的迁移速率，缓解氧化钨的体积膨胀，增强材料的结构稳定性，从而提氧化钨材料的储锂性能和循环稳定性。

本发明另一目的在于提供一种柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极的制备方法。

在制备碳纳米管薄膜的过程中，采用喷涂技术将钨盐溶液喷洒在碳纳米管管束表面，形成碳纳米管薄膜/钨盐/碳纳米管薄膜层层自组装复合前驱体；将该复合前驱体置于高压反应釜中进行溶剂热反应；反应结束后降至室温，干燥，得到复合膜；将干燥后的复合膜置于管式炉中，于氮气气氛中煅烧，得到碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合材料。将上述薄膜材料进行辊压、冲片，即可得到柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极。

主要包括以下步骤：

（1）先将钨盐加入无水乙醇与蒸馏水的混合溶液中，再加入水溶性有机活化剂，配制成钨盐溶液，并对该溶液进行超声分散；

（2）将步骤（1）中的分散溶液倒入喷洒壶中，在制备碳纳米管薄膜过程中，将钨盐溶液喷洒在碳纳米管管束表面，形成碳纳米管薄膜/钨盐/碳纳米管薄膜层层自组装复合前驱体；

（3）把步骤（2）中的复合前驱体置于含有乙醇/水（体积比1：1—5：1）的聚四氟乙烯内胆的反应釜中，进行溶剂热反应，反应温度160—200^oC，反应时间1—10 h，反应结束并自然降至室温后，取出复合前驱体，进行干燥；

（4）将步骤（3）中干燥的复合前驱体置于管式炉中，并在氮气气氛中进行煅烧，煅烧温度为400—600 ^oC，煅烧时间为0.5—4 h；

（5）自然降温至室温，得到碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合材料；