[发明专利]一种碳纳米管/碳纤维复合材料及一种碳基/氧化锰复合电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管/碳纤维复合材料及一种碳基/氧化锰复合电极材料，属于电 子功能材料技术领域。

背景技术

超级电容器是一种新型绿色储能元件，具有高比功率、大电容值、高充放电效率、 循环寿命长等优点，是一种高效实用环保的能量存储装置，在能量存储应用方面有着广泛 的应用。近年来，随着可穿戴便携式个人多媒体设备的飞速发展，对可卷曲柔性能量存储设 备的需求越来越高。能量存储设备向着高功率、高能量密度、可弯曲方向发展。而这些性能 的提高很大程度上依赖于设备材料的优化。碳材料以其存在形式的多样性和各种优良性 能，经常作为储能器件尤其是超级电容器电极材料，其中尤以石墨烯与碳纳米管材料最有 前途。石墨烯、碳纳米管等材料具有非常好的导电性、极高的比表面积、良好的化学稳定性、 以及独特的纳米结构及机械性能。过渡金属氧化物尤其是二氧化锰具有非常高的理论比电 容、良好的循环稳定性，且具有多种氧化价态，电化学窗口较宽，且氧化锰资源广泛、价格低 廉，环境友善。常被用来作为超级电容器电极材料。但是，单纯二氧化锰导电性能较差，因此 经常与碳材料复合来使用。但是，目前的碳基氧化锰复合超级电容器材料存在柔性差、抗拉 强度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性好、抗拉强度好的碳基/氧化锰复合电容器电极 材料。

本发明还以碳纳米管和碳纤维为材料提供了一种柔性好、抗拉强度好的集流体材 料——碳纳米管/碳纤维复合材料。

技术方案

一种碳纳米管/碳纤维复合材料，是以碳纳米管和导电碳纤维为原料，采用真空抽滤法 制备成的膜状材料；其中，碳纳米管和导电碳纤维的质量比为15-35:1。

上述碳纳米管/碳纤维复合材料，是一种多孔膜状材料；其厚度为100-400μm。

上述碳纳米管/碳纤维复合材料，优选的，碳纳米管和导电碳纤维的质量比为25:1 （实施例1）。

上述碳纳米管/碳纤维复合材料，其制备方法为：

碳纳米管的水分散液和导电碳纤维的水分散液混合之后真空抽滤到混合纤维滤膜上， 然后冷冻干燥。

冷冻干燥结束后将混合纤维虑膜上的膜状材料揭下即得碳碳纳米管/碳纤维复合 材料。

所述混合纤维滤膜，是一种水性滤膜，孔径在0.45μm以下；其作用是过滤掉各种材 料中的水，而不会使碳纳米管等透过滤膜。

冷冻干燥的目的是在保持混合膜结构不变化的情况下除去混合膜中的自由水。冷 冻干燥温度为-60℃，冷冻时间选用72h；时间过短难以除去混合材料中的水分，导致膜结构 变形。

本发明中，碳纳米管的水分散液和导电碳纤维的水分散液的浓度越小，碳纳米管 分散性越好，抽滤得到的膜厚度越均匀；但是，纤维量过小影响膜的强度和柔韧性能。浓度 过大，纤维量过大，纤维会在膜材料表面突现出来，影响膜结构以及与活性材料的结合。所 以，优选的，碳纳米管的水分散液的浓度为2mg/mL，导电碳纤维的水分散液的浓度均为0.1 mg/mL。

本发明中，碳纤维材料，起到支撑和导电作用，要求具有良好的导电性能，且长度 不宜过长，长度为2-4mm，直径300-400μm。

本发明的碳纳米管/碳纤维复合材料，能够作为集流体使用。相对于本发明之前的 集流体，本发明的碳纳米管/碳纤维复合材料集流体其有柔韧性好、拉伸强度好的优势；除 此之外还有导电性好（表面电阻为4.97?/□）、化学稳定性好等优点。

一种碳基/氧化锰复合电极材料，是以本发明的碳纳米管/碳纤维复合材料作为集 流体。

上述碳基/氧化锰复合电极材料，采用还原氧化石墨烯/氧化锰复合材料、碳纳米 管/氧化锰复合材料、氧化石墨烯/碳纳米管/氧化锰复合材料作为活性物质。

上述碳基/氧化锰复合电极材料，所述活性物质通过真空抽滤的方法直接抽滤到 集流体的表面，然后进行冷冻干燥。

上述碳基/氧化锰复合电极材料，其中活性物质中的成分含量变化会对电容器的 比电容产生影响；但是，不论活性物质中的成分含量如何变化，均能制备出比电容好的电容 器电极材料。

优选的，还原氧化石墨烯/氧化锰复合材料中：还原氧化石墨烯与氧化锰的质量比 为27-65:73-35；更优选的，还原氧化石墨烯与氧化锰的质量比为65:35、48:52、38:62、31: 69或27:73。