[发明专利]一种制备线状超级电容器电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种制备线状超级电容器电极的方法，属于超级电容器领域。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)，又可以被称为准法拉第电容器、电化学电容器或双电层电容器。作为目前一种新型的电能存储器件，超级电容器具有他自己独特优点：与传统的平行板电容器相比较，它能存储更多的能量（能量密度高）；与锂离子电池相比，它能够更快速地进行充放电（功率密度高）和更长的寿命（循环稳定性好），然而它们并不具有柔性弯曲可折叠的性能。

发明内容

本发明的目的，以二氧化钛纳米管、纳米纤维素、多壁碳纳米管、氧化石墨烯进行复合，制备出柔性弯曲可折叠的纳米纤维素/多壁碳纳米管/二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯线状电极材料。

本发明的技术解决方案：一种制备线状超级电容器电极的方法，包括如下工艺步骤：

a）以竹粉为原料，通过化学机械力的方法制备具有高长径比的纤维素纳米纤维；制备出的纤维素纳米纤维平均直径30-50 nm，长径比超过1000；

b）采用纳米二氧化钛粉末为原材料，通过水热法结合机械搅拌，制备出超长二氧化钛纳米管；

c）制备纤维素纳米纤维与超长二氧化钛纳米管以及多壁碳纳米管的三元复合溶液；

d）制备纤维素纳米纤维/超长二氧化钛纳米管/多壁碳纳米管/氧化石墨烯进行四元复合的溶液；

e）采用湿法挤出成型技术制备平均直径小于60 μm的线状超级电容器电极材料；

选用的二氧化钛为P25粉末（80%锐钛矿和20%的金红石混合）。

本发明的主要优点：

（1）选取生物质材料（竹粉）作为原材料制备纳米纤维素，以纳米纤维素作为基底材料替代传统的集流体材料，在保证电极材料的电容性能的同时，极大地增强了其机械性能；

（2）采用水热机械搅拌法，选用纳米二氧化钛粉末作为原材料，通过水热法结合机械搅拌，制备得到具有超细长比二氧化钛纳米管，提高电极材料的充放电效率；

（3）选取多壁碳纳米管，制备出纳米纤维素/多壁碳纳米管/超长二氧化钛纳米管复合线状电极材料；

（4）选取氧化石墨烯作为原材料，通过湿纺再还原的方法合成纤维素纳米纤维/二氧化钛纳米管/多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合电极材料。纤维素纳米纤维、二氧化钛纳米管、多壁碳纳米管穿插在石墨烯片层之间，不仅有效的阻止了石墨烯片层之间的堆积，还能加快电子的传输，提高电极材料的电化学性能；

（5）实现了以纳米纤维素作为整个材料的骨架支撑，以多壁碳纳米管包裹纤维素纳米纤维为整个骨架提高导电性，超长二氧化钛纳米管则穿插在纳米纤维素与多壁碳纳米管和石墨烯之间，为离子和电子的传输提供通道，提升整个电极材料的电容量，降低电极材料的内阻；

（6）利用纤维素纳米纤维的三维网状结构，作为复合线状电极的骨架，多壁碳纳米管作为导电骨架来提高复合电极材料导电性，超长二氧化钛纳米管穿插在纳米纤维素与多壁碳纳米管和氧化石墨烯之间，从而提高整个电极的电容量；

（7）采用一种新颖的水热机械搅拌法，选用纳米二氧化钛粉末作为原材料，通过简易的水热法结合机械搅拌，制备得到更加细长二氧化钛的纳米管，这种二氧化钛纳米管具有更大的比表面积，有利于电子的传输，提高电极材料的充放电效率；

（8）以氧化石墨烯作为原材料，通过湿纺再还原的方法合成纤维素纳米纤维/超长二氧化钛纳米管/多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合电极材料。纤维素纳米纤维、二氧化钛纳米管、多壁碳纳米管穿插在石墨烯片层之间，不仅有效的阻止了石墨烯片层之间的堆积，还能加快电子的传输，提高电极材料的电化学性能；

（9）以多壁碳纳米管包裹纤维素纳米纤维，二氧化钛纳米管穿插在多壁碳纳米管与纳米纤维素之间。以纤维素纳米纤维/多壁碳纳米管/二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯制备出的柔性电极材料具有良好的电化学性能：扫描速率为10mV/s时，面积比电容为62.5 mF/cm²,在电流密度为0.5 mA/cm²下经过1000次充放电循环后，电容保留率为95%，可以作为柔性可折叠超级电容器的电极材料。

具体实施方式

一种制备线状超级电容器电极的方法，包括如下工艺步骤：

a）以竹粉为原料，通过化学机械力的方法制备具有高长径比的纤维素纳米纤维；

b）将二氧化钛粉末制备成为具有高长径比的超长二氧化钛纳米管；