【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料合成，涉及一种低成本高导电石墨烯基复合集流体及其制备方法，尤其涉及一种卷对卷cvd加热的方式连续制备高导电石墨烯基复合集流体及其制备方法。
技术介绍
1、具有高效传热能力的高能锂离子电池(libs)对于储能实际应用(从便携式电子设备到电动汽车和电网储能运输)中的安全运行至关重要。电池中产生的热量主要来源于界面电荷传递产生的可逆热、质量传递产生的过电位热和欧姆极化产生的不可逆焦耳热。当电池处于不正常的运行状态时，由于传热缓慢，热量在局部积聚，导致达到阈值时发生剧烈的热失控。因此，控制热量产生和改善传热对于消除电池热失控至关重要。尽管libs制造商已经展示了完善的电池管理系统和改进的电池配置来监测电池的热环境和加速传热，但在改善内部传热和局部热量散热方面仍然存在重大挑战。
2、傅里叶导热定律定义libs中的集流体(ccs)作为能量与外部电子相互作用的桥梁，可促进热量从电池系统内部到外部的运动，提供了一种基于材料的调节传热的理论。传统ccs主要由金属族元素单质组成，如金属铜和铝，但由于需运输5个电子产生的高浓度体系，使其导热系数为200~400 w m-1k-1。相比之下，具有强共价键小原子质量的非金属ccs材料可以产生更高的声子速度，即在晶格中会产生快速的粒子核心振动，并表现出增强的导热性。作为一种典型的非金属材料，二维层状石墨烯(gr)在其层之间表现出π-π相互作用，导致紧密组织的堆叠结构，促进声子传播，并赋予gr在室温下具有5,300 w m-1k-1的显著理论电导率。并且石墨烯片的高度有序排列和致
3、目前小规模制备石墨烯的技术得到了科研人员的广泛认可，例如过滤法、电喷涂法、旋转镀膜法和浸渍镀膜法，所有这些技术都成功地生产出用于纽扣型电池的独立的gr薄膜。然而，对于商业锂电池的连续生产来说，均匀gr膜的大规模生产仍然是一个挑战，特别是动力电池，它通常需要100-1000 m的ccs规模。此外，目前的gr薄膜有限的柔韧性、抗拉强度和脆性，因此对软包电池的大规模制备提出了挑战，特别是在电极卷绕过程中。目前还没有成功制备出工业规模的致密和无缺陷的gr ccs，并将其用作ccs来调节传热和提高libs的安全性。
技术实现思路
1、针对上述问题情况，本专利技术的目的是提出一种低成本高导电石墨烯基复合集流体材料及其制备方法，通过采用“卷对卷”cvd 加热的方式连续制备富含缺陷的铜箔或镍箔自生长石墨烯薄膜，将镍（ni），铜（cu）等金属源，通过旋涂的方式涂敷在石墨烯薄膜表面，通过高温烧结的方式在石墨烯缺陷处生长所需的金属单原子或金属碳化物，并利用简易覆膜机“辊对辊”技术转移到高分子材料（pet，pi 等），批量制备碳化物-石墨烯基复合集流体。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提出一种低成本高导电石墨烯基复合集流体，包括有机薄膜层以及贴合在有机薄膜层两侧的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的内部缺陷处掺杂有金属源单原子或金属源碳化物，所述有机薄膜层为pet或pi，所述金属源为镍、铜、铝、钼中的一种。
4、另一方面，本专利技术提出上述低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，具体制备步骤如下：
5、步骤（1）：将金属衬底放置在cvd加热空腔中，将石英管进行抽真空后，向石英管中提供制备石墨烯薄膜所需的气体前驱体，对石英管进行持续加热；加热的过程中含碳气体受热产生裂解反应，产生活性碳，活性碳附着在目标衬底上逐渐形成石墨烯薄膜，直至达到所需的石墨烯薄膜厚度后（通过控制加热时间调节薄膜厚度），加热元件停止加热，将金属衬底从加热空腔中取出。通过调节温度和气体流速等条件获得金属衬底富含缺陷石墨烯薄膜。
6、步骤（2）：将定量的金属源的盐溶于溶剂中，为促进金属源盐溶液的溶解，向其中加入一定量的碱性溶液，将溶液整体ph调至碱性，得到前驱体溶液。然后将前驱体溶液以旋涂的方式，三次涂敷在上述富含缺陷石墨烯薄膜的表面，期间控制旋涂上的质量以及速度，将涂敷后的产物在60℃干燥箱中干燥3h。然后，在惰性气氛下，使用2-10℃/分钟的升温速率，在一定的温度下进行煅烧加热处理，得到含有金属基底的金属源-石墨烯基复合集流体。
7、步骤（3）：利用简易覆膜机的“辊对辊”工艺在合适的速度、压力以及温度下将含有金属衬底的金属源-石墨烯基薄膜剥离，分别得到金属衬底和金属源-石墨烯薄膜，并将金属源-石墨烯薄膜贴合在有机薄膜（pet、pi等）一侧，再以相同操作将相同结构的金属源-石墨烯层贴合在有机薄膜的另一面，制备成“夹心饼干”模型，最后得到可以重复利用的金属衬底以及石墨烯/有机薄膜/石墨烯复合结构的集流体。
8、优选的，上述制备方法中所述的金属衬底为铜箔、铜网、镍箔。镍网中的一种。
9、优选的，上述制备方法中所述的沉积所用的含碳气体为甲烷、乙烯、丙烯、乙炔的一种或多种。
10、优选的，上述制备带有衬底的石墨烯薄膜加热温度为800-1050℃。
11、优选的，上述制备方法中所述的溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
12、优选的，上述制备方法中所述的碱性溶液为氨水、尿素的一种或多种的混合物。
13、优选的，为进一步促进金属源溶解，碱性区间约为8-11。
14、优选的，在贴合过程中，为确保层与层之间的良好粘附，贴合压力需要在0.1-1mpa的范围内进行调整。
15、优选的，贴合温度范围在50℃到150℃之间，具体温度需根据有机膜材料的特性进行调整。辊对辊的速度为在1到10m/min之间。
16、优选的，步骤s2中煅烧温度为900-1200℃。
17、需要说明的是，上述的“卷对卷”工艺为：在金属箔上通过化学气相沉积（cvd）方法生长石墨烯，通过塑封机滚轮进行加热与压合，使石墨烯层与热敏感膜更紧密地贴合在一起的操作称为“卷对卷”；上述的“辊对辊”工艺为：将待处理的薄膜材料（如石墨烯）在生产线上将被逐步展开并送入辊筒系统，薄膜材料经过一对辊筒的涂布或沉积工序，薄膜会通过加热辊筒进行烘干或固化。这个步骤可以使涂布的石墨烯材料固定在基材上，确保其性能和稳定性，该操作称之为“辊对辊”。辊对辊工艺具有既可以使两者贴合又可以使两者剥离的作用。本专利技术在金属衬底和石墨烯基薄膜剥离后再利用辊对辊工艺把石墨烯基薄膜贴合到有机薄膜的表面，有机薄膜作用就是负责承接金属单原子或金属碳化物。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
19、本专利技术提供了一种卷对卷cvd加热的方式连续制备高导电石墨烯基复合集流体及其制备方法。在制备的过程中卷对卷工艺能够实现连续的生产过程，大幅度提高生产效率，相比传统的批量生产方法，更适合大规模制造石墨烯基薄膜。
20、由于所制备的是石墨烯薄膜通常存本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本高导电石墨烯基复合集流体，其特征在于，包括有机薄膜层以及贴合在有机薄膜层两侧的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的内部缺陷处掺杂有金属源单原子或金属源碳化物，所述有机薄膜层为PET或PI，所述金属源为镍、铜、铝、钼中的一种。
2.如权利要求1所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，所述的金属衬底为铜箔、铜网、镍箔、镍网中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，上述制备方法中沉积所用的含碳气体为甲烷、乙烯、丙烯、乙炔的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，步骤S1中加热温度为800-1050℃。
6.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石
8.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，在贴合过程中，为确保层与层之间的良好粘附，贴合压力为0.1-1 MPa。
9.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，贴合温度范围在50℃到150℃之间，辊对辊的速度为在1到10m/min之间。
10.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，步骤S2中煅烧温度为900-1200℃。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本高导电石墨烯基复合集流体，其特征在于，包括有机薄膜层以及贴合在有机薄膜层两侧的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的内部缺陷处掺杂有金属源单原子或金属源碳化物，所述有机薄膜层为pet或pi，所述金属源为镍、铜、铝、钼中的一种。
2.如权利要求1所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，所述的金属衬底为铜箔、铜网、镍箔、镍网中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，上述制备方法中沉积所用的含碳气体为甲烷、乙烯、丙烯、乙炔的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种低成本高导电石墨烯基复合集流体的制备方法，其特征在于，步骤s1中加热温度为800-1050℃。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，王振波，吴彬，孙刚，刘晓光，唐佳莹，
申请(专利权)人：浙江久功新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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