基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法

本发明涉及电化学储能，具体涉及一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法。

背景技术：

1、由于石油、天然气等不可再生能源的衰竭，人们对可再生能源的需要日益增长，这就推动了安全、稳定、低成本、环保的电化学储能系统的发展。

2、在电化学储能系统中，制备阳极的材料以锌为例，锌金属是一种廉价、丰富的金属，具有高体积容量(5855mah cm-3)和低氧化还原电位(与标准氢电极相比为-0.76v)，所以认为水系锌离子电池(azib)是下一代储能设备中最有希望的候选者。但是在实际应用中，由于锌负极可逆性差会对电化学性能造成很大的影响，其主要与锌金属的枝晶生长有关。枝晶生长的这种非均匀生长严重破坏了电极/电解质界面的稳定，加速了副反应产生，最终降低了电化学性能。

3、针对上述枝晶生长的技术问题，目前通常可采用朗缪尔-布洛杰特法(langmuir-blodgett，lb)一步合成掺氮氧化石墨烯(ngo)人工界面膜，其在锌箔上实现平行超薄界面改性层(≈120nm)来改善锌金属的枝晶生长。但采用上述方法，在制备过程中，由于平行的石墨烯层和氮(n)掺杂基团的有益亲锌特性，锌晶体会在石墨烯平面上定向均匀沉积；而又因为lb膜淀积在基片上时的附着力是依靠分子间作用力，属于物理键力，因此膜的机械性能较差，并且要获得排列整齐而且有序的lb膜，必须使材料含有两性基团，这在一定程度上给lb成膜材料的设计带来困难；同时，lb膜的制膜设备昂贵，并且制膜工艺技术要求很高，这对大规模制备电化学阳极造成了极大的阻碍。

4、因此，现在亟需一种简便易行的电化学阳极大规模制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，以解决现有技术中存在的利用lb膜大规模制备电化学阳极工艺复杂的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，包括以下步骤：

4、将多层石墨烯/初始基底复合结构放置于蚀刻液中对初始基底进行蚀刻，得到多层石墨烯薄膜；

5、将多层石墨烯薄膜通过卷动的方式转移到清洗液中进行漂洗；

6、将目标基底通过卷动的方式与漂洗后的多层石墨烯薄膜的上表面贴合，得到石墨烯薄膜包裹的电化学阳极。

7、进一步的，多层石墨烯/初始基底复合结构采用化学气相沉积法制备得到。

8、进一步的，所述初始基底包括铜、镍或铜镍合金；当所述初始基底为铜时，所述蚀刻液包括fecl3溶液或(nh4)2s2o8溶液；当所述初始基底为镍或铜镍合金时，所述蚀刻液包括(nh4)2s2o8溶液。

9、进一步的，所述多层石墨烯薄膜为3-6层。

10、进一步的，所述清洗液包括去离子水、乙醇或氯仿。

11、进一步的，所述目标基底包括锌或铝。

12、第二方面，提供了一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极制备装置，用于实现第一方面所述的制备方法，包括：

13、第一放卷辊，所述第一放卷辊上卷有多层石墨烯/初始基底复合结构；

14、蚀刻槽，设于第一放卷辊的下方；所述蚀刻槽内装有蚀刻液，蚀刻液的上表面与第一放卷辊底部之间的间隙不小于多层石墨烯/初始基底复合结构的厚度；

15、清洗槽，所述清洗槽内装有清洗液；

16、第二放卷辊，第二放卷辊上卷有目标基底；

17、贴合辊，设于清洗槽的尾端上方，所述清洗液的上表面与贴合辊底部之间的间隙不大于多层石墨烯薄膜与目标基底的厚度之和；及

18、收卷辊，收卷辊所述通过旋转对贴合辊处得到的石墨烯薄膜包裹的电化学阳极进行收卷。

19、进一步的，还包括传送辊，所述传送辊设于蚀刻槽与清洗槽之间，通过旋转带动多层石墨烯薄膜向清洗槽运动。

20、进一步的，还包括风干设备，所述风干设备设于贴合辊和收卷辊之间。

21、第三方面，提供了一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极，采用第一方面所述的方法制备得到。

22、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

23、1.多层石墨烯薄膜利用自悬浮方式、通过传送运输后直接贴合转移到目标基底锌或铝上，这种加工方式简便易行，能够轻松实现大规模的应用，并且对于基底的选择性更广，任意有固定形状的物体作为目标基底均可以实现贴合。

24、2.多层石墨烯薄膜使得锌箔表面更平整，可以降低尖端效应，避免了锌离子在沉积过程中不均匀生长而产生枝晶。

25、3.在制备电化学阳极的过程中，不需要额外使用保护膜，利用自悬浮方法将多层石墨烯薄膜直接贴合到锌箔上，就可以起到防治腐蚀的保护层作用。同时因多层石墨烯薄膜为3-6层、厚度仅为1～3nm，质量轻，对于电芯质量的增加来说几乎可以忽略不计，不额外使用保护膜就可以提供更高单位质量的电池容量。

技术特征：

1.一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，所述多层石墨烯/初始基底复合结构采用化学气相沉积法制备得到。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，所述初始基底包括铜、镍或铜镍合金；当所述初始基底为铜时，所述蚀刻液包括fecl3溶液或(nh4)2s2o8溶液；当所述初始基底为镍或铜镍合金时，所述蚀刻液包括(nh4)2s2o8溶液。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，所述多层石墨烯薄膜为3-6层。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，所述清洗液包括去离子水、乙醇或氯仿。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，其特征在于，所述目标基底包括锌或铝。

7.一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极制备装置，用于实现权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极制备装置，其特征在于，还包括传送辊，所述传送辊设于蚀刻槽与清洗槽之间，通过旋转带动多层石墨烯薄膜向清洗槽运动。

9.根据权利要求7所述的基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极制备装置，其特征在于，还包括风干设备，所述风干设备设于贴合辊和收卷辊之间。

10.一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

技术总结本发明提供一种基于石墨烯薄膜包裹的电化学阳极大规模制备方法，包括：将多层石墨烯/初始基底复合结构放置于蚀刻液中对初始基底进行蚀刻，得到多层石墨烯薄膜；将多层石墨烯薄膜通过卷动的方式转移到清洗液中进行漂洗；将目标基底通过卷动的方式与漂洗后的多层石墨烯薄膜的上表面贴合，得到石墨烯薄膜包裹的电化学阳极。本发明还提供一种转移制备设备，包括第一放卷辊，蚀刻槽，清洗槽，第二放卷辊，贴合辊和收卷辊。本发明可以解决现有技术中存在的利用LB膜大规模制备电化学阳极工艺复杂的技术问题。技术研发人员：贺卿,青芳竹,李雪松受保护的技术使用者：电子科技大学（深圳）高等研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29