[发明专利]超高电导率聚合物纤维、线状超级电容器组及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高电导率聚合物纤维、线状超级电容器组及其制备方法。利用湿纺的方法将导电聚合物制备成柔性的聚合物纤维，并在无机溶液中处理后得到超高电导率聚合物纤维；然后以超高电导率聚合物纤维螺旋缠绕在弹性线上分别作为超级电容器的内外电极和导线，并在内外电极处涂覆凝胶电解液，导线将相邻的两个超级电容器串联。通过采用不同的螺旋缠绕方式来调整内电极和外电极之间的位置关系，可以获得上下两份和同步单层的线状超级电容器组一体化器件。本发明的制备方法操作简单，产品具有柔韧性能好，可编织能力强，多个超级电容器一体化串并联分别提高电压和电流的优点，无需特殊设备，容易实现规模生产。

技术领域

本发明属于线状纤维技术领域，更具体地，本发明涉及一种超高电导率聚合物纤维、线状超级电容器组及其制备方法。

背景技术

可穿戴和电子织物受到人们的极大关注，在便携电子设备中占据主导地位。其中柔性是必不可少的条件之一。在各种各样的柔性能源器件中，线状结构的超级电容器更适合用于可穿戴设备和电子织物。高电导率的柔性纤维可减少能源损耗提高效率，除了传统的金属线外，导电聚合物纤维由于其高电导率、高柔韧性、轻质量和快速的氧还原转换速率而被广泛用于能源储存转换设备。导电聚合物如聚苯胺(PANi)，聚吡咯(PPy)和聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)，以及他们和碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯的复合材料已被广泛研究作为聚合物纤维用于电子织物和可穿戴设备。而对于便携设备，这些设备必须满足质量轻，循环稳定性好，同时具有高的能量密度，传统的电容器的电压一般在0.8-1V左右，而且其能量密度都相当低，所以，这就迫切的需要在相关的领域具有突破性的研究。

近年来，聚合物由于其优异的可纺丝性，超高的循环稳定性和极好的柔韧性而被广范研究，这里我们用各种无机酸处理的方法提高聚合物纤维的电导率和电压窗口。通常，同轴结构和缠绕结构的超级电容器在弯曲的条件下依然具有优异的性能，但是实际应用的电子纺织器件，他们的电压窗口一般都在0.8-1V，因此在应用过程中必须进行串联处理，通常的串联是用铜丝或者银胶进行连接，但是在连接处往往易断裂和破损。因此一体化在许多应用中至关重要。迄今为止，没有关于一体化的线状超级电容器的研究，这主要是受到电极材料的限制。本发明运用弹性纤维上缠绕线状超级电容器的方法，制备出具有一体化的弹性线状超级电容器，为相关电子器件及其复合器件的设计提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种高电压窗口、超高电导率聚合物纤维及其制备方法及一体化的弹性线状超级电容器的组装方法。本发明的制备方法无需特殊设备，容易实现规模化生产；并且串并联后的器件可以进行任意的弯曲拉伸而不影响其性能。

为了达到上述目的，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种超高电导率聚合物纤维的制备方法，它包括以下步骤：

a.通过湿纺的方法利用浓度为0.1wt.％-76.5wt.％的导电聚合物制备柔性的聚合物纤维，凝固浴是质量分数为3％-8％的无机盐溶液与有机溶剂的混合溶液，所述无机盐溶液与有机溶剂的体积比在25:1-1:50范围内，利用注射泵进行推送，推送的速度为0.1-100ml/min，挤出直径为0.1-2000μm；

b.将得到的聚合物纤维在无机溶液中处理0.01-10h，用蒸馏水洗净，得到电压窗口≥1V、电导率≥1000S/cm的高工作电压窗口和超高电导率的聚合物纤维。

上述超高电导率聚合物纤维的制备方法中，所述导电聚合物为聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚呋喃及其衍生物和聚乙炔及其衍生物中的任意一种。