CN105304860A - 一种制备石墨烯基底电极及电池和超级电容器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备石墨烯基底电极及电池和超级电容器的方法，所述方法包括步骤如下：a.在第一衬底上形成第一石墨烯薄膜；b.在第二衬底上形成第二石墨烯薄膜；c.在所述第二石墨烯薄膜上应用抗腐蚀复合物，覆盖第二石墨烯薄膜形成抗腐蚀涂层；d.干燥所述抗腐蚀剂涂层；e.去除所述第二衬底；f.将所述第二石墨烯薄膜置于所述第一石墨烯薄膜层上并与其接触形成石墨烯薄膜叠加层；g.从所述石墨烯薄膜叠加层上去除所述抗腐蚀涂层；h.重复步骤b-g，在叠加层上进一步叠加石墨烯薄膜直至获得需要的石墨烯薄膜叠加层厚度；i.从所述的石墨烯薄膜叠加层底部去除所述第一衬底，形成所述电极。

Description

一种制备石墨烯基底电极及电池和超级电容器的方法

技术领域

本发明涉及一种独立式柔性能量储存装置，例如，电池、超级电容器等，特别是涉及一种制造所述装置的电极材料及制造所述电子材料的方法，本发明特别涉及一种电池和超级电容器，所述电池和超级电容器包括由碳薄膜材料石墨烯构成的类纸碳电极材料构成。

背景技术

为了增加具有改进功能的多功能智能电子产品(例如：可卷曲显示器、电子纺织品、可穿戴产品、印刷电路板及能够被弯曲的其他电子产品)的利润并促进其市场渗透，必须开发出一种具有改进了可折叠性、可整合性的柔性能量储存系统。近年来，人们在利用更轻的柔性材料取代传统电池和超级电容器的呆板的金属衬底和包装方面成绩斐然。然而，传统电池、超级电容器的几何形状仍太过于笨重，值得信赖的完全可整合的能量储存系统还没有得到广泛应用。

现阶段将碳纳米材料加入电子元件中是一种引人注目的使能量储存装置可柔性的途径，这些碳纳米材料包括：碳纳米管、石墨烯及导电聚合物等。特别是石墨烯，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维单层平面薄膜，已经被证明是一种理想的电池和超级电容器的电荷储存材料和导电添加剂。石墨烯表现出其超过其他碳的同素异形体更好的离子传导能力，这还要归功于其具有极大的比表面积，除此之外，石墨烯还具有优越的机械稳定性和整体性，这使得石墨烯薄膜不需要衬底和聚合物粘合剂支撑或接合；石墨烯所具有高的导电能性和稳定性允许工程上制造柔性的电池或超级电容器而不会牺牲电池或超级电容器的充电放电率也不会减少其循环使用寿命，而且，去掉了负极衬底和添加剂这使得设计出更轻薄电能输出更高的产品具有潜在可能性。

制造石墨烯基底电极，之前的工作主要涉及制备石墨烯基底薄膜或者敷形涂料通过过滤或者湿法沉积石墨烯纳米片、氧化石墨烯粉末、还原氧化石墨烯纳米片，之后通过干燥或还原处理最终将氧化石墨烯转化成石墨烯。该电极之后同聚合物隔板叠加一起加入常规电池或超级电容器中。最近一项研究将石墨烯墨汁的浸途在多孔的纤维薄膜或纺织物上，这直接达成了电子材料和隔板的组装。这个方法制备出可以用于可穿戴电子产品或能量储存装置中的可集成、可拉伸的类纸超级电容器。

然而，通过上述的方法还原氧化石墨烯前体物或者剥离石墨片所得到的不连续的石墨烯片不仅机械强度差，导电率低，而且其具有较强的趋向性即各向异性、品质形态难以控制等缺点；这些特征反过来影响了电荷存储和使用率；进一步的，化学还原反应并不能完全还原氧化石墨烯，该过程中会产生导致导电性能减低从而会减少电极材料使用寿命的氧化石墨烯残留物，而且，通过“滴和干燥”的方法生产类纸超级电容器和或电池电极必需用到具有超级吸收性能的膜材料，例如：棉片，而这种材料易于老化和氧化因此禁止在电化学系统中实际使用。因此，这些装置设计不能全面满足安全需要，不能在实际生产中应用，因此，基于以上原因，需要开发出一种安全的可替代技术来制备应用在柔性能量存储系统中的石墨烯电极。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种制备该类纸电极材料的方法及其在柔性能量存储系统中的应用。

本发明另外提供一种柔性独立式类纸能量存储装置的方法，该装置包括电池或超级电容器。

本发明目的是通过以下途径实现的：

因此，本发明一方面涉及改进的电池和超级电容器的电极和电极材料。在本发明的一具体实施例中提供所述的电极材料；同时，在本发明的另一实施例中提供一种应用该电极材料的电极及具有一个或多个该电极的电池或超级电容器。在本发明的一具体实施例中提供一种改进的柔性类纸电极，该电极应用于超级电容器、锂离子二次电池和锂空气二次电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种制备石墨烯基底电极的方法，所述方法包括步骤如下：a.在第一衬底上形成第一石墨烯薄膜；b.在第二衬底上形成第二石墨烯薄膜；c.在所述第二石墨烯薄膜上应用抗腐蚀复合物，覆盖第二石墨烯薄膜形成抗腐蚀涂层；d.干燥所述抗腐蚀剂涂层；e.去除所述第二衬底；f.将所述第二石墨烯薄膜置于所述第一石墨烯薄膜层上并与其接触形成石墨烯薄膜叠加层；g.从所述石墨烯薄膜叠加层上去除所述抗腐蚀涂层；h.重复步骤b-g，在叠加层上进一步叠加石墨烯薄膜直至获得需要的石墨烯薄膜叠加层厚度；i.从所述的石墨烯薄膜叠加层底部去除所述第一衬底，形成所述电极。

优选的，所述步骤在第一衬底上形成第一石墨烯薄膜之后进一步包括在所述第一石墨烯薄膜上沉积至少一层电化学活性材料。

优选的，所述步骤在第二衬底上形成第二石墨烯薄膜之后进一步包括在所述第二石墨烯薄膜上沉积至少一层电化学活性材料。

优选的，所述沉积步骤之后包括干燥步骤。

优选的，所述电化学活性材料选自锂金属氧化物、锂金属磷酸盐。

本发明采用以下技术方案，一种制备超级电容器的方法，包括步骤如下，形成两个电极，所述电极是根据权利要求1所述的方法制成的；将所述电极其中一个转移到隔离器的其中一个表面上；将所述的电极另一个转移到隔离器的另一个表面上。

本发明采用以下技术方案，一种制备锂空气二次电池的方法，包括如下步骤：使用权利要求1所述的方法提供一电极；将所述形成的电极转移到隔离器的一个表面上形成电池正极；连接一锂金属箔负极到所述隔离器的另一个表面。

本发明采用以下技术方案，一种制备锂离子二次电池的方法，包括步骤如下：根据权利要求1所述的方法制备第一电极；将所述第一电极转移到一隔离器的表面形成电池负极；根据权利要求1所述的方法制备第二电极；将所述第二电极转移到所述隔离器的另一个表面形成电池正极。

本发明采用以下技术方案，一种制备锂铁二次电池的方法，包括步骤如下：根据权利要求1所述的方法制备一电极；将所述电极转移到一隔离器的表面形成电池负极；将涂覆有电化学活性材料的铝集流体连接到所述隔离器的另一个表面形成电池正极。

本发明采用以下技术方案，一种制备锂离子二次电池的方法，包括步骤如下：根据权利要求1所述的方法制备一电极；将所述电极转移到一隔离器的表面形成电池正极；将涂覆有单层碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料、合金粉末材料的铜集流体连接到所述隔离器的另一个表面形成电池负极。

本发明的有益效果在于，通过建造结构化学表面及所使用的石墨烯薄膜层数等可以使得本发明的电极及柔性能量存储装置在良好控制方式下其电化学表现更加理想，其能够用于制造可充分地弯曲、拉伸的电池和超级电容器。

本发明的又一特征是，本发明的电极材料完全不需要金属衬底作为电流收集器和支撑，使用本发明电极材料可是使得装置更轻质没有复杂几何包装。

本发明的又一特征是其制备过程中不依赖具体的聚合物薄膜作为装置组件，而是采用聚合物隔隔板，凝胶电解质或者固体电解质等具有完美的机械韧性和化学稳定性易于使用的材料，采用所述材料获得的装置形式多样并可以在相对极端的热环境下工作，对形变拉伸及化学腐蚀都具有更好的抵抗。

本发明的又一特征在于：本发明采用大面积长范围连续的石墨烯薄膜获得了更好的导电性能和结构一致性，与石墨烯纳米片或还原的氧化石墨烯纳米片相比，提高了柔性能量存储装置的储能和循环寿命。

附图说明

图1是传统能量存储系统电池或者超级电容器的示意图；

图2是根据本发明的方法在金属铜箔衬底上形成双层类纸石墨烯薄膜的流程示意图；

图3是根据本发明的方法制备类纸多层石墨烯基底电极的流程示意图；

图4是根据本发明图3所述的流程制备的具有两个类纸多层石墨烯基底电极的柔性对称超级电容器的放大示意图；

图5是根据本发明的方法制备的柔性锂空气二次电池的部分放大示意图，如图所示所述的电池具有一个根据本发明图3所示的流程制备的多层石墨烯基底正极，该正极连接隔离器的一面；一传统锂金属箔负极连接隔离器的另一面；

图6是本发明制备多层石墨烯基底混合电极的流程示意图示意图；

图7是根据本发明制备的锂空气二次电池的部门放大示意图，该电池具有一根据本发明图6所述的流程制备的类纸多层石墨烯基底混合正极，该正极与隔离器的一面连接；一根据本发明图3所述的流程制备类纸多层石墨烯基底负极，该负极连接隔离器的另一面；

图8是根据本发明的方法制备的锂离子二次电池的部分放大示意图，该二次电池具有：一采用本发明图3的流程制备的类纸多层石墨烯基底负极，所述的负极与隔离器的一面连接；一常规正极，该正极由裹覆电化学活性材料的铝集流体构成，连接隔离器的另一面；

图9是根据本发明的方法制备的锂离子二次电池的部分放大示意图，该二次电池具有一类纸多层石墨烯基底混合正极，该混合负极是根据本发明图6所示的流程方法制备的，该正极连接隔离器的一面；一常规负极，由铜集流体裹覆电子活性材料构成连接隔离器的另一面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1，图1是现有技术能量存储系统1(电池或超级电容器)，该能量存储系统具有一常规负极材料2，与负极材料2邻接的常规负极集流体3；常规正极材料4，与正极材料4邻接的常规正极集流体5；位于负极材料2和正极材料之间的电解质7、聚合物隔膜8，虽然集流体3、5通常都是由金属衬底构成，而且外壳6本身也是很薄，但是，这些材料都不能有任何程度的弯曲、拉伸，因此由这些材料所构成的电池或者超级电容器也是不可弯曲或拉伸的，也不适合应用在柔性的电子装置中。

参见图2，下面介绍本发明较佳的实施例，本发明一方面涉及多层碳薄膜，特别是，双层石墨烯薄膜，该石墨烯薄膜可以通过图2所描述的方法流程来制备而来，该流程首先包括，提供或形成第一前体材料9(如图2中9A、9B所示)，第一前体材料包括石墨烯薄膜10，所述石墨烯薄膜10为单层石墨烯或最多不超过5层单层石墨烯，形成在铜箔衬底20上，所述铜箔在步骤201中，在第一前体材料9形成之前形成。

在步骤202中，所述石墨烯薄膜10可以通过已知的方法形成，例如：通过化学气相沉积法，利用传统的CVD炉(图未示)，反应温度为500-1200摄氏度，较佳的温度为1000摄氏度，这种方法披露在美国专利申请公开号为2011/0091647中，气相沉积的设备也可以替换成PECVD或者ALD。为了实现本发明的目的，用于形成石墨烯薄膜10的铜箔衬底20的面积范围优选为大约1cm*1cm到10cm*100cm，铜箔衬底20的厚度范围优选为约1微米至1000微米)，如图2所示，在第一前体材料9中石墨烯薄膜10具有一第一表面30，该表面与铜箔衬底20的面接触，第二表面35，该表面不与铜箔衬底20接触且是暴露的。

在步骤203中：在制作流程的下一个步骤中，在第一前体材料9的其中一个实体(实体9B)的完全暴露的第二表面35上涂覆一层聚合物光刻胶40，这个步骤形成了第二前体材料45，优选的，所述的聚合物光刻胶40由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成，所述的光刻胶可以通过商业方式购买到，以不同浓度溶解于苯甲醚中，可以提供这种化学材料的公司很多，比如美国的微化公司。为了实现本发明的目的，PMMA的浓度最多为百分之60％，实现本发明的目的最佳的浓度为0.5％至20％之间，所述的PMMA被涂覆于第一前体材料9的第二表面35上，所用方法包括：喷涂、溅射甚至可以将石墨烯薄膜直接浸泡在PMMA溶液中，以上所述方法均为本领域惯用的技术手段，因此在图中未详细描述，然而，不考虑涂覆所使用的方法，聚合物光刻胶之后被干燥，通过烘焙或者直接在空气中晾干。聚合物涂层的作用就是在后面的制作步骤中作为石墨烯薄膜10额外的支撑。

随后，参见图2步骤204，铜箔衬底20被从第二前体材料45上去除，较佳的可以通过刻蚀的方法，使用常规的铜刻蚀材料，该材料可以通过商业购买到，例如，酸溶液、氧化剂被用来腐蚀掉铜箔衬底20，暴露出涂覆有聚合物光刻胶层40的石墨烯薄膜，形成了第三前体材料50，腐蚀去除沉积有石墨烯薄膜的铜箔衬底的技术是本技术领域惯用的技术在此不进一步展开叙述。

参见图2步骤205，从铜箔衬底上腐蚀暴露出石墨烯薄膜10后，(腐蚀步骤完全结束后)，形成的第三前体材料顺序叠加在第一前体材料9的另一个实体(实体9A)上，以至于石墨烯薄膜暴露的一边邻接第一前体材料的实体9A的暴露的面35，叠加步骤完成之后，将聚合物涂层40去除掉，较佳的通过将其在有溶解力的有机溶剂中漂洗，生成第一沉积材料55，参见图2步骤206，该沉积材料包括一连接在铜箔衬底上的双层石墨烯薄膜60，该第一沉积材料55之后连同与其依旧连接的铜箔被直接使用，或者从衬底上分离出双层石墨烯薄膜，较佳的通过刻蚀分离，之后该分离下来的双层石墨烯薄膜可以应用于石墨烯应用领域，或者最终用于本发明的进一步的流程中。

参见图3，本发明的另一方面涉及类纸多层碳薄膜电极，该电极应用于柔性能量存储系统，本发明较佳的实施方式，多层石墨烯电极通过图2中所描述步骤被制备出来，该步骤最初形成了沉积材料55，为了制备出双层石墨烯薄膜通过上图2所述的步骤方法，该薄膜在下面的制备步骤中被用作基底，如图3步骤301所示，之后，将石墨烯薄膜层以片状的方式加在双层石墨烯薄膜基底上，首先，重复堆叠步骤205，利用第三前体材料的每一个重复新实体，之后，通过重复移除步骤206来去除聚合物涂层40形成复合物通过漂洗(重复步骤205、206在图3中未示出)直至接近需要层数的石墨烯薄膜，从而形成第二复合材料65，如图3步骤302所示。

对本领域的技术人员是显而易见的，重复的层数由预设的特性或者被制备的电极和或能量存储装置所具体应用领域决定，然而，应当被理解的是，作为结果产生的第二复合材料65会包括一铜箔衬底20，该铜箔衬底20上涂覆有可多达一百万层单层石墨烯的多层石墨烯薄膜，当获得了想要的薄膜层数之后，基底底部的铜箔衬底20将会被从第二复合物材料65上再次移除，较佳的通过刻蚀法去除，如图3步骤303所示，留下多层石墨烯薄膜70，该薄膜构成可以用作石墨烯基底电极的电极活性材料。

为了将电极70应用于电池或超级电容器，电极70之后会被转移至柔性隔离器的一边，所述的柔性隔离器可以是聚合物隔膜或者固体聚合物电解质薄膜，所述的聚合物隔膜可以为多孔薄膜，其由以下几种材料之一构成(包括但不限于以下几种材料)：聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。该隔膜可以通过各种商业渠道获得，可以提供该种隔膜的公司有美国Celgard公司；德国Membrana公司。固体聚合物电解质薄膜，例如：凝胶聚合物电解质，其可以由以下列举的几种聚合物薄膜材料的任一种构成，所述材料包括但不限于以下材料，包括：聚合偏二氟乙烯六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚氧化丙烯、聚氰乙烯等薄膜材料，所述薄膜材料中溶解了一种或者多种锂盐，所述锂盐较佳的从以下几种材料中选择组合。所述的聚合物薄膜材料和锂盐都可以通过各种商业途径获得，例如，日本东京Kureha公司，该公司提供聚合物薄膜材料；美国哈尼国际经公司，该公司提供锂盐。

将电极70转移到隔离器75之后，再次将聚合物涂层40移除，较佳的方式是通过有机溶剂漂洗，该有机溶剂可以是丙酮，这个过程产生产品80，如图3步骤305所示，其可以加入下文所描述的锂空气电池、锂离子二次电池或者超级电容器中作为其的一个组成部分。

参见图4，5及上文提到的图1-3，根据本发明的方法通过将石墨烯基底电极70连接到聚合物隔膜或者聚合物电解质薄膜的两面形成柔性对称超级电容器，该电容器是本发明的另一方面目的，如图4所示，换句话说，如上所述的，在石墨烯基底电极形成并连接到隔离器75的一面后(参见图3步骤304、305)，从而生成了产品80，第二，分离多层石墨烯薄膜电极70也可以通过同样方式获得(该副产品的制备流程在图中未示出)，之后将第二多层石墨烯薄膜电极转移到产品80的隔离器75的另一个表面，结果使得隔离器被两层石墨烯基底电极包夹在中间形成三明治状，形成了柔性薄片状三层装置85，该装置具有超级电容器的功能，例如，其可以在连接外接电源后充电，并将电能存储在其中直至放电。

相似的，如图5所示，柔性锂空气二次电池，其构成了本发明的另一个方面，可以通过在隔离器75的一个表面连接石墨烯基底电极70获得，如上文所述的。首先，连接电极到隔离器75(该过程生成了产品80)，之后把锂金属箔90连接到隔离器的另一个表面，该金属箔可以通过多种商业渠道获得，例如，在该装置中，石墨烯基底电极为催化氧气还原或者释放的正极，同时锂金属箔为负极。

通过调整石墨烯基底负极的组成和形态可以实现锂空气二次电池具有理性的电容量和使用寿命，例如：(如图5中箭头A所示)，为了加速氧气扩散，可以通过能量分子(例如：电子或者铁离子束)物理辐射在石墨烯膜层上引入平面气孔，或者通过氢氧化钾化学刻蚀或者酸活化；另一个例子，为了提高石墨烯基底正极催化性能，杂环原子例如，氮原子和或硼原子可以引入石墨烯膜层，通过在包含氮或者硼的气体中(如氨气和或三氯化硼)加热石墨烯。

请参见图6及上文提及的图1-5，本发明的另一个方面涉及多层石墨烯基底混合电极的装置，该装置可以组装成平板，类似于图3所示的多层石墨烯基底非混合电极。参见图6步骤601，该制备流程最初包括提供或者形成第一前体材料的两个实体(为了容易说明，在图6中仅以其中一个实体为代表阐述)，之后，将一个或者多个电化学活性材料的纳米颗粒沉积在第一前体材料9的石墨烯薄膜10的暴露的第二表面35上，例如，较佳的为锂金属盐，更佳的选自一下锂金属氧化物或者锂金属磷酸盐：包括：LiMn₂O₄，LiCoO₂LiFePO₄。所述的纳米颗粒的直径范围约为1ｎm至1ｍｍ，所述电化学活性材料可以通过多种商业渠道获得，例如比利时优美科公司、美国特诺公司。可替代的是，纳米颗粒可以通过化学方法直接生长在表面35上，例如：固态煅烧，液相沉积和或溶胶凝胶方法。

较佳的，如图6中步骤602所示，(仅仅说明第一前体材料的一个实体)，纳米颗粒被沉积在石墨烯薄膜的暴露的表面上，通过喷嘴100喷涂，之后通过空气干燥，虽然其他的方法也可以应用在该过程中，例如，溅射喷涂，或者甚至可以将石墨烯薄膜直接浸泡在纳米颗粒中，诸如此类的方法都是本技术领域惯用的方法，因此再次不再赘述。将电化学活性材料9应用于第一前体材料的两个实体上制备出了三层第一混合前体材料的两实体，所述每一个实体都包括了一形成于铜箔衬底之上的混合石墨烯纳米颗粒薄膜，具体结构参见图6的105B/105A。

制备过程的下一个步骤是在三层第一混合前体材料105的一个上体上(实体B)覆一层具有一层聚合物光刻胶40的混合石墨烯薄膜，参见图6步骤603，在图2中有同样的描述，从而形成了第二混合前体材料115。

之后，参见图6步骤604，铜箔衬底20被从第二混合前体材料115上移除，通过刻蚀，从而露出混合石墨烯薄膜110，所述的聚合物光刻胶层40仍然连接着石墨烯薄膜，该过程形成了第三混合前体材料120。从铜箔衬底上剥离下混合石墨烯薄膜110后(刻蚀步骤完成后)所形成的第三混合前体材料120是叠加在三层混合前体材料105的另一实体上(实体A)，详细见图6步骤605，以至于第三混合前体材料120的混合石墨烯薄膜110的开放边邻接第一混合前体材料105的混合石墨烯薄膜的暴露边，在该叠加步骤之后，通过漂洗将聚合物光刻胶40去除，生成的产品在之后制备过程中作为基底。

之后，进一步将片状混合石墨烯薄膜层叠加到该基底上，首先，重复叠加步骤605，利用每一个生成的重复，第三混合前体材料120的新实体(该实体，对本领域的技术人员来说是显而易见的，通过使用上文描述的涂覆步骤603、和刻蚀步骤604所述的重复生成被从第一混合前体材料105分离出来)，之后通过重复移除步骤图中为示出，通过漂洗从产生的复合物清除聚合物光刻胶层40中(步骤605的重复生成及移除步骤在图6中未示出)，直到获得想要层数的混合石墨烯薄膜层，从而形成混合复合材料125，该材料包括覆有多层混合石墨烯薄膜130的铜箔衬底，石墨烯薄膜具有多达一百万层单层石墨烯，该单层石墨烯薄膜镶嵌在电化学活性颗粒中，参见图6步骤606所示；当获得了想要的层数的石墨烯薄膜后，从混合复合材料125上去除基底下的铜箔衬底，较佳的方法通过刻蚀法，参见图6步骤607；留下多层混合石墨烯薄膜130，该薄膜也可以构成电极活性材料被用作多层石墨烯基底混合电极。

参见图6步骤608，为了在锂离子二次电池中使用电极130，可以把电极130转移到柔性隔离器75的其中一个边上，该柔性隔离器75可以是聚合物隔板或者固体聚合物电解质薄膜，如上文所述的。该步骤之后移除聚合物涂层40，较佳的通过漂洗，在有机溶液例如丙酮中漂洗(该过程在图中未示出)

参见图7-9，及图1-6，根据本发明的方法可以制备出几种不同的具有类纸电极的柔性锂离子二次电池，而这也是本发明的另一个目的。如图7所示，一具有一堆类纸电极的柔性锂离子二次电池可以通过将多层石墨烯基底混合电极130连接到隔离器75的一个表面上，从而形成正极，在其另一个表面连接上多层石墨烯基底电极70而形成负极，该组件最好通过连接电极130到隔离器的一个面上来完成，该隔离器的另一个面已经载有多层石墨烯基底电极70(参见图图3)，如图6所示，该石墨烯基底混合电极130只可以仅包括一个单层的混合石墨烯纳米颗粒膜，或者具有多层的石墨烯纳米颗粒薄膜层(可以达一百万层之多)如此形成的电极厚度范围在1纳米至大约1毫米，因为对本技术领域的技术人员来讲，薄膜的层数(厚度)以及所使用的电化学活性材料的数量，组件状况，例如涂覆参数(涂覆速度及干燥温度)，都能够改变，为了最大化电极130的同质性和效用，从而获得理想的使用寿命。

进一步的，参见图8、9，柔性锂离子电池具有单一类纸电极的也在本发明的范围内，在其中一个实施例中，参见图8，负极包括一支撑在隔离器75上的根据本发明的方法制备的多层石墨烯基底电极70，同时正极包括传统的覆有粉末状电化学活性材料140的铝集流体135(例如上文所述的锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂)，另一可替代的如图9所示的，正极包括支撑在隔离器75上的多层石墨烯基底混合电极130；负极包括传统地覆有电极活性材料150(例如，石墨，碳纳米管或碳纳米片；金属，例如，硅、镉或者锡；过渡金属氧化物：二氧化锡、氧化铁、二氧化锰；导电聚合物材料：聚苯胺、聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)；合金粉末：硅镉合金、硅铁合金，对本领域的技术人员知道以上所列举的材料都是常规的电极活性材料，都可以通过各种商业渠道购买到，或者通过传统的化学方法制备获得)的铜集流体145。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备石墨烯基底电极的方法，所述方法包括步骤如下：

a.在第一衬底上形成第一石墨烯薄膜；

b.在第二衬底上形成第二石墨烯薄膜；

c.在所述第二石墨烯薄膜上应用抗腐蚀复合物，覆盖第二石墨烯薄膜形成抗腐蚀涂层；

d.干燥所述抗腐蚀剂涂层；

e.去除所述第二衬底；

f.将所述第二石墨烯薄膜置于所述第一石墨烯薄膜层上并与其接触形成石墨烯薄膜叠加层；

g.从所述石墨烯薄膜叠加层上去除所述抗腐蚀涂层；

h.重复步骤b-g，在叠加层上进一步叠加石墨烯薄膜直至获得需要的石墨烯薄膜叠加层厚度；

i.从所述的石墨烯薄膜叠加层底部去除所述第一衬底，形成所述电极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤在第一衬底上形成第一石墨烯薄膜之后进一步包括在所述第一石墨烯薄膜上沉积至少一层电化学活性材料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤在第二衬底上形成第二石墨烯薄膜之后进一步包括在所述第二石墨烯薄膜上沉积至少一层电化学活性材料。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述沉积步骤之后包括干燥步骤。

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述电化学活性材料选自锂金属氧化物、锂金属磷酸盐。

6.一种制备超级电容器的方法，其特征在于，包括步骤如下，

形成两个电极，所述电极是根据权利要求1所述的方法制成的；

将所述电极其中一个转移到隔离器的其中一个表面上；

将所述的电极另一个转移到隔离器的另一个表面上。

7.一种制备锂空气二次电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：

使用权利要求1所述的方法提供一电极；将所述形成的电极转移到隔离器的一个表面上形成电池正极；连接一锂金属箔负极到所述隔离器的另一个表面。

8.一种制备锂离子二次电池的方法，其特征在于，包括步骤如下：

根据权利要求1所述的方法制备第一电极；将所述第一电极转移到一隔离器的表面形成电池负极；根据权利要求1所述的方法制备第二电极；将所述第二电极转移到所述隔离器的另一个表面形成电池正极。

9.一种制备锂铁二次电池的方法，其特征在于，包括步骤如下：

根据权利要求1所述的方法制备一电极；将所述电极转移到一隔离器的表面形成电池负极；将涂覆有电化学活性材料的铝集流体连接到所述隔离器的另一个表面形成电池正极。

10.一种制备锂离子二次电池的方法，其特征在于，包括步骤如下：

根据权利要求1所述的方法制备一电极；将所述电极转移到一隔离器的表面形成电池正极；将涂覆有单层碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料、合金粉末材料的铜集流体连接到所述隔离器的另一个表面形成电池负极。