一种石墨烯集流体及锌离子微型电池的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939409A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211691248.8(22)申请日2022.12.27(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人李磊张岩史晓薇王亚玲王国隆(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师范巍(51)Int.Cl.H01M4/66(2006.01)H01M4/70(2006.01)H01M4/04(2006.01)H01M10/38(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种石墨烯集流体及锌离子微型电池的制备方法(57)摘要本发明公开了一种锌离子微型电池的制备方法，属于二次电池技术领域。一种锌离子微型电池的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯分散在溶剂中，制得氧化石墨烯墨汁；2)将制得的墨汁打印在基底上并干燥，将干燥的图案进行还原处理，制得石墨烯集流体；3)利用电化学沉积技术分别沉积正负电极材料，滴加电解液制备成锌离子微型电池。利用本发明的制备方法，制备过程简单高效，利用还原氧化石墨烯作为集流体能够大大降低锌离子微型电池的制作成本并且所制备过程中无粘结剂的加入，制备的电极材料具有良好的导电性，无高温后处理，不会破坏电极材料的晶体结构，从而提升器件的电化学储能性能。CN115939409ACN115939409A权利要求书1/1页1.一种石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，具体操作为：1)利用3D打印将氧化石墨烯墨汁在基底上打印成叉指型图案，之后进行干燥；所述基底为硅片、玻璃片、尼龙片或聚酰亚胺膜；2)将干燥的叉指型图案在还原性蒸气中还原，之后清洗及干燥，得到石墨烯集流体。2.根据权利要求1所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，步骤1)中的干燥条件为：10‑30℃，10‑50h。3.根据权利要求1所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，步骤2)中的还原剂为HI和CH3COOH的混合溶液。4.根据权利要求3所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，HI和CH3COOH的体积比为1：(0.1‑20)。5.根据权利要求1所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，步骤2)中的还原反应温度为50‑150℃，反应时间为10‑72h。6.根据权利要求1所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，步骤2)中的干燥条件为室温干燥。7.根据权利要求1‑6任一项所述的石墨烯集流体的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯墨汁通过以下方法制备得到：将氧化石墨烯加入到溶剂中，进行球磨处理，制得氧化石墨烯墨汁；所述溶剂为水和/或乙醇中；球磨处理条件为：50‑500rpm，10‑200min；氧化石墨烯墨汁的浓度为：40‑300mg/mL。8.一种锌离子微型电池的制备方法，其特征在于，具体操作为：在权利要求1‑7任一项所述制备方法制备得到的石墨烯集流体上的不同位置电化学沉积正极材料和负极材料，滴加电解液得到锌离子微型电池；所述正极材料为锰基氧化物、钒基氧化物或普鲁士蓝类似物；所述负极材料为金属锌。2CN115939409A说明书1/4页一种石墨烯集流体及锌离子微型电池的制备方法技术领域[0001]本发明锌离子微型电池技术领域，尤其是一种石墨烯集流体及锌离子微型电池的制备方法。背景技术[0002]可穿戴、可植入等微型电子设备的快速发展对微型储能器件提出了更高的要求。目前，常用的微型储能器件主要包括微型锂离子电池和微型超级电容器。但是微型锂离子电池面临制备过程复杂、电解液易泄露、易爆炸以及低功率密度等问题，微型超级电容器受限于低的能量密度。具有面内叉指结构的水系锌离子微型电池由于其高的理论容量(820mAhg‑1)、低的氧化还原电位(‑0.76Vvs.标准氢电极)、丰富的锌资源、高的能量密度和功率密度以及使用安全等优势，有望替代微型锂离子电池和微型超级电容器，在微型电子器件中有广泛应用前景。[0003]目前，常用的锌离子微型电池的制备技术主要是丝网印刷、电化学沉积和激光雕刻方法。丝网印刷主要通过制备正极和负极电极材料的浆料，利用丝网印刷技术制备正负电极，滴加电解液制备成锌离子微型电池，而制备浆料的过程中加入的粘结剂会降低电极材料的导电性，劣化器件的电化学性能；电化学沉积技术通过在预先制备的金属集流体上电化学沉积正负电极材料，从而制备成锌离子微型电池，但金属集流体的制备会增加器件的制作周期和成本，不利于实际应用；激光雕刻主要通过对电极材料薄膜进行刻蚀制备成所需尺寸和形状的电极，最终制备成锌离子微型电池，如发明专利CN110289452A利用激光雕刻制备柔性锌离子微型电池，但此方法适用条件单一且对电极材料的要求较高。因此，开发一种适用范围广、制备简