[发明专利]一种高比电容柔性超级电容器负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高比电容柔性超级电容器负极材料的制备方法，包括：(1)通过水热法制备钼掺杂氧化钨纳米颗粒；然后将钼掺杂氧化钨纳米颗粒与碳纳米管CNTs分散在水中，经超声处理制得均匀的分散液；(2)将上述分散液进行抽滤，洗涤、干燥后即得高比电容柔性超级电容器负极材料。本发明制备方法简单、时间短、成本低，制得的电极材料具有较高的柔性和电化学活性，在较高电流密度下，面积比电容可达1.1F·cm^‑2，在超级电容器领域有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于电容器电极材料领域，特别涉及一种高比电容柔性超级电容器负极材料的制备方法。

背景技术

自2012年谷歌眼镜问世以来，可穿戴设备开始进入并影响着我们的生活。很多公司和研究机构都相继开发出如运动手环/手表、便携式实时血压/血糖/心率检测器、柔性显示屏等可穿戴商业化产品或概念原型。如何为可穿戴设备供电，成为限制其进一步发展的主要问题。目前可穿戴设备的电源主要是锂离子电池。然而，锂离子电池安全性和循环稳定性严重制约了其在可穿戴设备中的应用。因此，急需开发一种安全、高效、柔性的储能器件，以适应可穿戴设备发展的需求。超级电容器因为其简单的三明治结构、安全性高、充电时间短、循环寿命长以及功率密度高等特点，被认为是最有可能适应可穿戴设备能量供应要求的储能器件。(Yuanlong Shao et al.,Chem.Soc.Rev.,44(2015),3639)

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高比电容柔性超级电容器负极材料的制备方法，该方法简单、时间短、成本低，制得的电极材料具有较高的柔性和电化学活性，在较高电流密度下，面积比电容可达1.1F·cm^-2，在超级电容器领域有巨大的应用前景。

本发明的一种高比电容柔性超级电容器负极材料的制备方法，包括：

(1)通过水热法制备钼掺杂氧化钨纳米颗粒，其中钼在氧化钨中的摩尔百分比为10～200％；然后将钼掺杂氧化钨纳米颗粒与碳纳米管CNTs按质量比1:1～15:1分散在水中，经超声处理制得均匀的分散液；

(2)将上述分散液进行抽滤，洗涤、干燥后即得高比电容柔性超级电容器负极材料。

所述步骤(1)中的钼掺杂氧化钨纳米颗粒的粒径为10～100纳米。

所述步骤(1)中的水热反应温度为80～180℃，反应时间为1～24小时。

所述步骤(1)中的水热溶剂为体积比1:10～10:1的水和乙二醇；水热前驱体溶液在水热釜内胆中的填充量为40～90％。

所述步骤(1)中分散过程中加入表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，与碳纳米管CNTs的质量比为2:1～10:1。

所述步骤(1)中的碳纳米管CNTs在分散液中的浓度为0.1～2毫克/毫升。

所述步骤(1)中的超声处理时间为30～150分钟。

所述步骤(2)中的洗涤次数为2～5次。

在充放电过程中，赝电容活性材料会在其与电解质的界面处发生可逆的氧化还原反应，或通过材料近表面离子的嵌入脱出，以获得较大的电荷容量。借此，可以改善超级电容器在能量密度上的相对不足。由于其可实现的多种氧化还原态以及较高的电子电导率等优势，加之制备方法简单，氧化钨在众多赝电容材料中表现出较好的应用前景。因为钼原子与钨原子的晶格相近性，在氧化钨晶粒中进行钼掺杂。实验结果表明，掺杂钼原子后可以限制氧化钨晶粒的生长，可制得具有较小粒度的纳米颗粒，使氧化钨优异的电化学性能得到更加充分的发挥。为了获得柔性超级电容器电极，将一定量的钼掺杂氧化钨纳米颗粒与CNTs混合，分散在水中，经真空抽滤得到柔性薄膜。本薄膜电极以CNTs为骨架，借助其超高的电导率和柔性，充分发挥氧化钨纳米颗粒优异的赝电容特性，获得具有高面积比电容的柔性超级电容器电极材料。在柔性储能领域表现出广阔的应用前景。