[发明专利]一种碳纳米管纱线复合钴酸盐金属氧化物纳米线超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器的制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管纱线复合钴酸盐金属氧化物纳米线超级电容器的制备方法。

背景技术

便携化和微型化电子器件的迅猛发展对与之相匹配的能源转换和存储装置的设计与制造提出了新的挑战。超级电容器作为一种新颖的电化学存储器件，具有较高的功率密度、较快的充放电和可靠性，从而可以很好地实现器件在可柔性化、可穿戴化的便携式电子领域中的应用。作为便携式电子产品的核心部件，能否开发出高性能的柔性储能器件，成为柔性电子产品广泛应用的关键之一。在2013年8月份，柔性技术已被外媒评选为2013年全球十大科技进展之一，并且在10月份，LG公司先后宣布已经成功量产柔性显示屏和可弯曲的锂离子电池，由此可见柔性电子产品的时代距我们的生活越来越近。目前为止，多种可实现柔性化的器件都得到了较好的发展，但这些基本上都是平面状的结构，体积较大，不符合集成器件微型化、柔性化的发展道路。相比较而言，线状的结构具有体积小、弯曲性能优越等优点，发展线状的柔性器件对电子产品柔性、及后续的集成的市场化应用有很重要的意义。

线状柔性超级电容器的关键技术有两点，一是电极材料的设计，选择具有赝电容的电极材料将使器件具有较高的电化学性能；二是导电集流体的选择，目前的研究中所用的集流体较多的有金属丝、碳纤维和碳纳米管纱线。其中碳纳米管纱线作为导电集流体成为近年来的研究热点，本发明技术采用金属丝与碳纳米管纱线进行缠绕，可望获得可纱线超级电容器。将金属丝与碳纳米管纱线直接缠绕构成M/CNT双股纱线的技术与我们前期研究利用金属丝与碳纳米管复合制备金属丝为核、碳纳米管纱线为壳层的工艺(ACSnano,2014,8(5):4571-4579)更加简单，容易工业化。在M/CNT双股纱线表面水热合成具有赝电容的钴酸盐金属氧化物纳米线，可以极大减小电极材料与导电基底的接触电阻，有利于电解液中的离子在电极/电解液的表面快速传输，从而得到较为优异的电化学性能。本发明可望获得具有应用前景的柔性超级电容器，对推动新能源新材料及其相关产业的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明拟采用金属导线来做集流体收集电荷可以增大电容，可望获得可纺织的纱线超级电容器。将金属丝与碳纳米管纱线直接缠绕构成M/CNT双股纱线或金属丝为芯表面为碳纳米管纱线的包芯纱结构M-CNT纱线，然后在M/CNT或M-CNT纱线表面水热合成钴酸盐金属氧化物，金属丝作为导体可以起到集流体的作用，可以有效减小钴酸盐金属氧化物与碳纳米管纱线之间的接触电阻，有利于电解液中的离子在碳纳米管纱线和钴酸盐金属氧化物纳米线之间的传输，利于电荷的收集，从而有效地提高电容。本发明可望获得具有应用前景的柔性电容器，对推动新能源新材料及其相关产业的发展具有重要意义。

因此，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种新的碳纳米管纱线复合钴酸盐金属氧化物纳米线超级电容器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种碳纳米管纱线复合钴酸盐金属氧化物纳米线超级电容器的制备方法，其步骤如下：

(1)将金属丝与碳纳米管纱线相互缠绕构成M/CNT双股纱线或以金属丝为芯表面包覆碳纳米管纱线形成包芯纱结构的M-CNT纱线；

所述金属丝为铂丝、银丝、铜丝、钯丝、镍丝、金丝中的一种或者其中两种以上的合金丝，所述金属丝的直径为12～100微米；

所述碳纳米管纱线的直径为15～30微米；

将M/CNT双股纱线或包芯纱结构的M-CNT纱线放入氯化盐1(ACl₂)、氯化钴、尿素、氟化钾和去离子水的混合溶液中，在高压釜中90～150℃反应6-12小时，然后取出复合纱线用去离子水及乙醇分别清洗3次，在马弗炉中280～350℃煅烧1.5-4小时，形成表面水热生长了钴酸盐金属氧化物纳米线的M/CNT/ACo₂O₄或M-CNT-ACo₂O₄复合纱线；

所述的氯化盐1(ACl₂)为氯化镍、氯化铜、氯化锌和/或氯化锰；

所述氯化盐1(ACl₂)、氯化钴、尿素、氟化钾的摩尔比为1：2：3～12：6～12，所用去离子水与氯化盐1的比例为30～50毫升：1毫摩尔。