CN111009663A - 电池电极的制备方法及包含电池电极的充电电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池电极的制备方法及包含电池电极的充电电池。所述制备方法包括下列步骤:(a).提供氧化石墨烯材料；(b).加入溶剂于氧化石墨烯材料，使氧化石墨烯材料均匀分散于溶剂中以形成氧化石墨烯溶液；(c).布置氧化石墨烯溶液于金属基材表面；(d).烘干氧化石墨烯溶液，以于金属基材表面形成氧化石墨烯薄膜。

Description

电池电极的制备方法及包含电池电极的充电电池
技术领域
本发明涉及一种电池电极的制备方法，特别是一种用于充电电池的电池电极的制备方法。
背景技术
随着环保意识日渐抬头，为了减少环境污染及碳排放，利用再生能源所产生的电力也逐渐取代石油，成为各国政府积极推动的绿能产业，而制作或改良充电电池，以提高充电电池的电容量及使用寿命的技术亦逐渐为人们所重视。
一般而言，充电电池包括:锂电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、镍铁电池等。然而，由于充电电池的电极在多次充电及放电后，会产生记忆效应，或为电池中的电解液所腐蚀，举例来说，铅酸电池充电时，反应生成氧化铅；放电时，则反应生成硫酸铅和水，由于硫酸铅是一种非常容易发生结晶的物质，当电池的电解溶液的硫酸铅浓度过高或静置的时间过长时，容易形成晶体并沉积于电池电极的表面，而沉积的晶体会再吸引周围的硫酸铅而形成更大的惰性结晶，导致电池电极整体的表面积下降，使得电池的电容量逐渐下降，直至无法使用。
是以，如何减缓记忆效应，以延长充电电池的使用寿命为本发明欲解决的技术课题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种减缓记忆效应，以延长充电电池的使用寿命的电池电极以及应用该种电池电极的充电电池。
为达前述的目的，本发明提供一种电池电极的制备方法，包括下列步骤:
(a).提供氧化石墨烯材料；
(b).加入溶剂于氧化石墨烯材料，使氧化石墨烯材料均匀分散于溶剂中以形成氧化石墨烯溶液；
(c).布置氧化石墨烯溶液于金属基材表面；以及
(d).烘干氧化石墨烯溶液，以于金属基材表面形成氧化石墨烯薄膜。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(b)中，溶剂为去离子水或乙醇。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(c)中，电池电极为负极，金属基材的材质为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(c)中，电池电极为正极，金属基材的材质为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金，再进一步经过化成氧化动作制备成所对应的金属氧化物/氢氧化物正极。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(c)中，金属基材为:金属箔片、金属板或金属泡沫片。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(d)中，氧化石墨烯薄膜的厚度介于1μm～50μm之间。
于上述较佳实施方式中，其中于步骤(d)中，氧化石墨烯薄膜的厚度为10μm。
本发明另提供一种充电电池，包括:
电解液；
壳体，用以容置电解液；
隔膜，设置于壳体中；
正极电极，设置于隔膜的一侧；以及
负极电极，设置于隔膜相对的另一侧；
其中，正极电极和负极电极中的至少一者是由前述的制备方法制造而得。
有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明所提供的电池电极制备方法的流程示意图；
图2A:为本发明第一实施例的电池电极的剖面图；
图2B:为本发明第二实施例的电池电极的剖面图；
图2C:为本发明第三实施例的电池电极的剖面图；
图3:为本发明所提供的充电电池的剖面示意图；
图4A:为不具有氧化石墨烯薄膜的电池电极经充放电后的扫描电镜照片；
图4B:为具有氧化石墨烯薄膜的电池电极经充放电后的扫描电镜照片；
图5:为充放电循环容量对比图。
符号说明
d厚度 GO曲线 NGO曲线
S101～S104步骤 1充电电池 10、10负极电极
11、11’金属基材 12、12’氧化石墨烯薄膜
20隔膜 30电解液 40壳体
具体实施方式
在下文的实施方式中所述的位置关系，包括：上，下，左和右，若无特别指明，皆是以图式中组件绘示的方向为基准。
首先请参阅图1所示，图1为本发明所提供的电池电极制备方法的流程示意图。首先，提供氧化石墨烯材料(步骤S101)，于步骤S101中，所述氧化石墨烯材料是为一种氧化石墨烯材料，所述氧化石墨烯材料可以由化学氧化或是电化学氧化方式制备而得。接着，加入溶剂于氧化石墨烯材料，使氧化石墨烯材料均匀分散于溶剂中以形成氧化石墨烯溶液(步骤S102)，于步骤S102中，是加入去离子水或乙醇作为溶剂，以形成浓度约为1wt％的氧化石墨烯溶液。再接着，布置氧化石墨烯溶液于金属基材表面(步骤S103)，于步骤S103中，是以浸涂或喷涂的方式将氧化石墨烯溶液布置于金属基材表面，所述金属基材可为具有或不具有孔洞结构(未示于图中)的金属箔片或金属板，抑或，可为多孔性的金属泡沫片。于本实施例中，如所制备的电池电极为负极，则金属基材的材质可为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金；如所制备的电池电极为正极，则金属基材的材质可为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金，再进一步经过化成氧化动作制备成所对应的金属氧化物/氢氧化物正极。最后，烘干氧化石墨烯溶液，以于金属基材表面形成氧化石墨烯薄膜(步骤S104)，于步骤S104中，是以温度60～120℃及时间5～20分钟的条件下，烘干布置于金属基材表面的氧化石墨烯溶液，以于金属基材表面形成氧化石墨烯薄膜。
请参阅图2A至图2C，图2A为本发明第一实施例的电池电极的剖面图；图2B为本发明第二实施例的电池电极的剖面图；图2C为本发明第三实施例的电池电极的剖面图。于图2A中，电池电极10包括金属基材11及氧化石墨烯薄膜12，而所述氧化石墨烯薄膜12形成于金属基材11的一表面上，且氧化石墨烯薄膜12的厚度d介于1μm～50μm之间，于一较佳的实施方式中，氧化石墨烯薄膜的厚度d为10μm。
于图2B中，金属基材11及氧化石墨烯薄膜12与图2A相同，在此便不再赘述。然而，差异之处在于氧化石墨烯薄膜12形成于金属基材11相对的二个表面上及一侧面上。于图2C中，金属基材11及氧化石墨烯薄膜12与图2A相同，在此便不再赘述。然而，差异之处在于氧化石墨烯薄膜12形成于金属基材11所有的表面之上。
请参阅图3，图3为本发明所提供的充电电池的剖面示意图。于图3中，所述充电电池1，包括:负极电极10、正极电极10’、隔膜20、电解液30及壳体40。所述壳体40用以容置电解液30，隔膜20则设置于壳体40内并浸润于电解液30之中，正极电极10’设置于隔膜20的一侧；负极电极10设置于隔膜20相对的另一侧，隔膜20用以分隔正极电极10’及负极电极10，并可供电解液30中的离子通过，使充电电池1得以进行放电或充电的反应，其中，正极电极10’的金属基材11’的材质可为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金，再进一步经过化成氧化动作制备成所对应的金属氧化物/氢氧化物正极，且金属基材11’的表面具有氧化石墨烯薄膜12’；负极电极10的金属基材11的材质可为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金，且金属基材11的表面具有氧化石墨烯薄膜12。
虽图3仅示出包含一个正极电极10’及一个负极电极10的结构，但于实际应用时，充电电池1中可包括多个正极电极10’及多个负极电极10交替层叠设置，且每相邻的正极电极10’及负极电极10之间均设置有一隔膜20。另一方面，本发明虽仅提出正极电极10’及负极电极10均具有氧化石墨烯薄膜12、12’的结构的实施方式，但于实际应用时，亦可仅于正极或负极电极中之一者形成氧化石墨烯薄膜即可，并不以本发明所提出的实施方式为限。
请参阅图4A及图4B，图4A为不具有氧化石墨烯薄膜的电池电极经充放电后的扫描电镜照片；图4B为具有氧化石墨烯薄膜的电池电极经充放电后的扫描电镜照片。于图4A及图4B中，是以铅酸电池进行充放电测试，随后再以扫描电子显微镜拍摄电池电极表面的图像。于本实施例中，充放电测试的测试电压介于0V至2.4V之间；电解液(稀硫酸溶液)的比重为1.28；负极电极均为铅箔电极且其厚度为0.5mm。然而，差异之处在于，图4A的铅箔电极的表面并不具有氧化石墨烯薄膜结构，而图4B的铅箔电极的表面具有厚度约为10μm的氧化石墨烯薄膜结构。在经过多次的充放电后，不具有氧化石墨烯薄膜结构的铅箔电极的表面形成晶体的沉积(如图4A所示)，相反的，具有氧化石墨烯薄膜结构的铅箔电极的表面并无明显晶体沉积的现象(如图4B所示)。由此可知，形成于电池电极表面的氧化石墨烯薄膜结构可有效避免晶体沉积于电池电极的表面，使电池电极可维持其作用的表面积，不会因为多次的充放电反应而逐渐下降。
请参阅图5，图5为充放电循环容量对比图。于图5中，横轴为充放电的循环次数，纵轴为电容量(单位为:10-3mAh)，曲线GO代表电池电极具有氧化石墨烯薄膜的铅酸电池；曲线NGO代表电池电极不具有氧化石墨烯薄膜的铅酸电池。由图5的测试结果显示，电池电极不具有氧化石墨烯薄膜的铅酸电池(曲线:NGO)在经过约20次的循环充放电之后，其电容量已明显开始下降，相反的，电池电极具有氧化石墨烯薄膜的铅酸电池(曲线:GO)在经过约60次的循环充放电之后，其电容量仍可维持在一定的容量范围中。由此可知，氧化石墨烯薄膜有助于铅酸电池提升电容量的保持率，使其使用寿命延长为原先的3倍或以上。
相较于现有技术，本发明提供一种可减缓记忆效应，并可延长充电电池使用寿命的电池电极。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (8)

1.一种电池电极的制备方法，其特征在于，包括下列步骤:
(a).提供一氧化石墨烯材料；
(b).加入一溶剂于该氧化石墨烯材料，使该氧化石墨烯材料均匀分散于该溶剂中以形成一氧化石墨烯溶液；
(c).布置该氧化石墨烯溶液于一金属基材表面；以及
(d).烘干该氧化石墨烯溶液，以于该金属基材表面形成一氧化石墨烯薄膜。
2.如权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，该溶剂为去离子水或乙醇。
3.如权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，电池电极为负极，该金属基材的材质为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金。
4.如权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，电池电极为正极，该金属基材的材质为:铝、镍、铜、锌、铅或其合金，再进一步经过化成氧化动作制备成所对应的金属氧化物/氢氧化物正极。
5.如权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，该金属基材为:金属箔片、金属板或金属泡沫片。
6.如权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，该氧化石墨烯薄膜的厚度介于1μm～50μm之间。
7.如权利要求6所述的电池电极的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，该氧化石墨烯薄膜的厚度为10μm。
8.一种充电电池，其特征在于，包括:
一电解液；
一壳体，用以容置该电解液；
一隔膜，设置于该壳体中；
一正极电极，设置于该隔膜的一侧；以及
一负极电极，设置于该隔膜相对的另一侧；
其中，该正极电极和该负极电极中的至少一者是由权利要求1至7任一项所述的制备方法制造而得。
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