[发明专利]一种基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，包括：

(1)静电纺丝前躯体溶液的制备：将聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，在室温条件下连续搅拌制得静电纺丝前躯体溶液；

(2)有序前躯体纤维膜的制备：将铝箔固定在金属接收辊筒上，通过静电纺丝技术利用所述静电纺丝前躯体溶液，制备有序聚丙烯腈纳米纤维；将所述聚丙烯腈纳米纤维从所述金属接收辊筒上取下，负载在石墨纸上，置于真空干燥器内干燥，制得负载有聚丙烯腈有序纳米纤维的石墨纸；

(3)前躯体纤维的热处理：从真空干燥器内取出所述负载有聚丙烯腈有序纳米纤维的石墨纸，预氧化处理，然后从所述石墨纸上揭下聚丙烯腈有序纳米纤维膜，将所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜置于真空干燥器内干燥，再将所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜进行高温碳化、石墨化后置于真空干燥器内干燥；

(4)石墨化有序纳米纤维的电化学沉积：从真空干燥器内取出所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜，通过电化学沉积法在所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜上沉积一层聚苯胺；

(5)柔性超级电容器的组装：在所述沉积了聚苯胺的聚丙烯腈有序纳米纤维膜上滴涂聚偏氟乙烯粘结剂，形成柔性膜片，将两片柔性膜片通过电解液组装成柔性超级电容器。

2.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的比例为：30mL：4.05g；所述连续搅拌是指用磁力搅拌器连续搅拌12小时。

3.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述静电纺丝技术的工艺参数：工作电压为16kv的正压、1kv的负压，推速为0.01mL/min，辊筒转速为1000rpm。

4.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述有序聚丙烯腈纳米纤维的厚度控制在50-100μm。

5.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述预氧化处理为在马弗炉中升温速率为1℃/min，升到280℃并保温2h，所述高温碳化为氮气环境下800℃碳化，并保温1h，所述石墨化的温度为2800℃，并保温5min。

6.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述通过电化学沉积法在所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜上沉积一层聚苯胺包括：通过配制1mol/L的稀H₂SO₄与0.1mol/L的苯胺混合溶液，利用0.75V恒电压在所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜上沉积一层聚苯胺。

7.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述在所述沉积了聚苯胺的聚丙烯腈有序纳米纤维膜上滴涂聚偏氟乙烯粘结剂，形成柔性膜片，将两片柔性膜片通过电解液组装成柔性超级电容器包括：在所述沉积了聚苯胺的聚丙烯腈有序纳米纤维膜上滴加0.1mL的聚偏氟乙烯粘结剂，所述粘结剂粘结后与所述聚丙烯腈有序纳米纤维膜共形成柔性膜片，在两片柔性膜片中沉积有聚苯胺的区域涂敷凝胶电解液并通过压辊棒粘合在一起，组装成柔性超级电容器。

8.根据权利要求1所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述电解液为聚乙烯醇-磷酸凝胶电解液，所述聚乙烯醇-磷酸凝胶电解液为：称量5g聚乙烯醇浸泡在45mL去离子水中过夜，再加热至90℃保温2h至溶液澄清，加入7.5g H₃PO₄，室温下搅拌12h得到PVA-H₃PO₄凝胶电解液。

9.根据权利要求8所述的基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇：H₃PO₄的质量比为1：1.5。