导电石墨烯油墨的方法和应用技术

本公开提供了一种示例性能量存储设备及其形成方法，包括在示例性衬底上的示例性导电石墨烯油墨，以形成耐用、柔性和易得的石墨烯薄膜和能量存储设备，用于与各种电子器件和设备一起使用，且在其内部使用。

Method and application of conductive graphene ink

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电石墨烯油墨的方法和应用优先权要求本申请要求2017年4月21日提交的第62/488,350号美国临时申请、2017年5月22日提交的第62/509,227号美国临时申请和2017年12月1日提交的第62/593,397号美国临时申请的权益，这些申请通过引用整体并入本文。
技术介绍
由于现代生活对能源的需求快速增长，高性能电能存储设备的发展得到了极大关注。因此，能量存储设备已经与各种电子器件和设备一起使用，且在其内部使用。一些这样的设备被设计成柔性的，以增加耐用性。因此，这种技术的未来发展取决于进一步提高能量存储材料的性能和方法，以及对更好地将技术集成到各种产品中的设备和方法的开发。
技术实现思路
本公开提供了对更高性能的电能存储设备的需求的解决方案。本文提供了具有改进的性能的石墨烯材料、物质组成、制造工艺和设备。本文所述主题的特征提供了高功率密度和优异的低温性能，包括但不限于喷墨印刷、丝网印刷、印刷电路板、射频识别装置芯片、智能织物、导电涂层、凹版印刷、柔性版印刷、电池、超级电容器、电容器、电极、电磁干扰屏蔽、印刷晶体管、存储器、传感器、膜、抗静电涂层和大面积加热器的应用。本文描述的应用提供了在具有高存储能力、灵活性和高循环能力的电子器件和能量存储系统领域的改进。许多常规超级电容器、电容器和其它能量存储设备表现出低能量和低功率密度以及低循环和电容能力。虽然普通的电子设备已经按照摩尔定律取得了非常迅速的进步，但是电能存储设备仅略有进步，这是因为缺乏具有高电荷存储容量的新材料。本文提供的第一方面是导电石墨烯油墨，其包括：粘合剂溶液，包括粘合剂和第一溶剂；还原氧化石墨烯分散体，包括还原氧化石墨烯和第二溶剂；第三溶剂；导电添加剂；表面活性剂；以及消泡剂。可选地，在一些实施例中，第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种包括水和有机溶剂。可选地，在一些实施例中，有机溶剂包括乙醇、异丙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、松油醇、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、4-羟基-4-甲基-戊-2-酮、甲基异丁基酮或其任何组合。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为约1％至约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为至少约1％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为至多约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为约1％至约2％、约1％至约5％、约1％至约10％、约1％至约20％、约1％至约30％、约1％至约40％、约1％至约50％、约1％至约60％、约1％至约70％、约1％至约80％、约1％至约99％、约2％至约5％、约2％至约10％、约2％至约20％、约2％至约30％、约2％至约40％、约2％至约50％、约2％至约60％、约2％至约70％、约2％至约80％、约2％至约99％、约5％至约10％、约5％至约20％、约5％至约30％、约5％至约40％、约5％至约50％、约5％至约60％、约5％至约70％、约5％至约80％、约5％至约99％、约10％至约20％、约10％至约30％、约10％至约40％、约10％至约50％、约10％至约60％、约10％至约70％、约10％至约80％、约10％至约99％、约20％至约30％、约20％至约40％、约20％至约50％、约20％至约60％、约20％至约70％、约20％至约80％、约20％至约99％、约30％至约40％、约30％至约50％、约30％至约60％、约30％至约70％、约30％至约80％、约30％至约99％、约40％至约50％、约40％至约60％、约40％至约70％、约40％至约80％、约40％至约99％、约50％至约60％、约50％至约70％、约50％至约80％、约50％至约99％、约60％至约70％、约60％至约80％、约60％至约99％、约70％至约80％、约70％至约99％、或约80％至约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为约1％、约2％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％或约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为至少约1％、约2％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％或约80％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的至少一种的质量百分比为至多约2％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％或约99％。可选地，在一些实施例中，粘合剂溶液包括粘合剂和第一溶剂。可选地，在一些实施例中，粘合剂包括聚合物。可选地，在一些实施例中，聚合物包括合成聚合物。可选地，在一些实施例中，合成聚合物包括羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、乙基纤维素或其任何组合。可选地，在一些实施例中，粘合剂是分散剂。可选地，在一些实施例中，粘合剂包括羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、乙基纤维素或其任何组合。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中粘合剂溶液的质量百分比为约0.5％至约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中粘合剂溶液的质量百分比为至少约0.5％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中粘合剂溶液的质量百分比为至多约99％。可选地，在一些实施例中，导电石墨烯油墨中粘合剂溶液的质量百分比为约0.5％至约1％、约0.5％至约2％、约0.5％至约5％、约0.5％至约10％、约0.5％至约20％、约0.5％至约30％、约0.5％至约40％、约0.5％至约50％、约0.5％至约70％、约0.5％至约90％、约0.5％至约99％、约1％至约2％、约1％至约5％、约1％至约10％、约1％至约20％、约1％至约30％、约1％至约40％、约1％至约50％、约1％至约70％、约1％至约90％、约1％至约99％、约2％至约5％、约2％至约10％、约2％至约20％、约2％至约30％、约2％至约40％、约2％至约50％、约2％至约70％、约2％至约90％、约2％至约99％、约5％至约10％、约5％至约20％、约5％至约30％、约5％至约40％、约5％至约50％、约5％至约70％、约5％至约90％、约5％至约99％、约10％至约20％、约10％至约30％、约10％至约40％、约10％至约50％、约10％至约70％、约10％至约90％、约10％至约99％、约20％至约30％、约20％至约40％、约20％至约50％、约20％至约70％、约20％至约90％、约20％至约99％、约30％至约40％、约30％至约50％、约30％至约70％、约30％至约90％、约30％至约99％、约40％至约50％、约40％至约70％、约40％至约90％、约40％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电石墨烯油墨，包括：/n粘合剂溶液，包括粘合剂和第一溶剂；/n还原氧化石墨烯分散体，包含还原氧化石墨烯和第二溶剂；/n第三溶剂；/n导电添加剂；/n表面活性剂；以及/n消泡剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170421 US 62/488,350;20170522 US 62/509,227;20171.一种导电石墨烯油墨，包括：
粘合剂溶液，包括粘合剂和第一溶剂；
还原氧化石墨烯分散体，包含还原氧化石墨烯和第二溶剂；
第三溶剂；
导电添加剂；
表面活性剂；以及
消泡剂。


2.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述第一溶剂、所述第二溶剂和所述第三溶剂中的至少一种包括水、乙醇、异丙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、松油醇、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、4-羟基-4-甲基-戊-2-酮、甲基异丁基酮或其任何组合。


3.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述粘合剂包括羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚(乙烯醇)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧乙烷)、乙基纤维素或其任何组合。


4.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述导电添加剂包括炭黑、乙炔黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑、银纳米粒子、银纳米棒、银纳米线、银纳米花、银纳米纤维、银纳米片、银纳米带、银纳米立方体、银双锥体或其任何组合。


5.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述表面活性剂包括全氟辛酸、全氟辛烷磺酸盐、全氟己烷磺酸、全氟壬酸、全氟癸酸、聚乙二醇烷基醚、八乙二醇单十二烷基醚、五乙二醇单十二烷基醚、聚丙二醇烷基醚、葡萄糖苷烷基醚、癸基葡萄糖苷、月桂基葡萄糖苷、辛基葡萄糖苷、聚乙二醇辛基苯基醚、十二烷基二甲胺氧化物、聚乙二醇烷基苯基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、TritonX-100、聚乙二醇烷基苯基醚、壬苯醇醚-9、甘油烷基酯聚山梨醇酯、脱水山梨醇烷基酯、聚乙氧基化牛脂胺、Dynol604或其任何组合。


6.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述消泡剂包括矿物油、植物油、白油、聚二甲基硅氧烷、硅氧烷二醇、氟硅氧烷、聚乙二醇、乙二醇、丙二醇、硬脂酸乙二醇酯、硬脂精、乙醇、异丙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、松油醇、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、4-羟基-4-甲基-戊-2-酮、甲基异丁基酮、SurfynolDF-1100、烷基聚丙烯酸酯或其任何组合。


7.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述导电石墨烯油墨具有至多约10000厘泊的粘度。


8.根据权利要求1所述的导电石墨烯油墨，其中所述导电石墨烯油墨具有至少约40m2/g的表面积。


9.一种形成导电石墨烯油墨的方法，包括：
形成粘合剂溶液，包括：
加热第一溶剂；
向所述第一溶剂中加入粘合剂；
混合所述粘合剂和所述第一溶剂；以及
冷却所述粘合剂和所述第一溶剂；
形成包括第二溶剂和还原氧化石墨烯的还原氧化石墨烯分散体；
形成包括所述粘合剂溶液、所述还原氧化石墨烯分散体、第三溶剂、导电添加剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马厄·F·埃尔卡迪，纳赫拉·穆罕默德，杰克·卡瓦诺，理查德·B·卡内尔，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，纳米技术能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US