[发明专利]一种连续电纺柔性超薄超级电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种连续电纺柔性超薄超级电容器的制备方法，按配比称取石墨烯、碳纳米管及溶剂，超声分散制成石墨烯/碳纳米管胶体溶液；利用高压静电喷雾装置在集流体上喷涂石墨烯/碳纳米管复合膜负极；按比例制备固体电解质材料，利用高压静电纺丝装置直接在形成的负极上电纺固体电解质薄膜；最后采用制备的纺丝液在形成的电解质薄膜上电纺一层正极；最后附上一层集流体；即得到超级电容器。优点是：电纺的正负极是一维碳管及二维石墨烯复合的三维结构，具有良好的导电性；电纺的固体电解质与正负极接触性能良好，可以通过调控厚薄改善电解质膜的离子电导率；而且正负极薄膜厚度从10微米起可调，从而制备不同容量的超级电容器(0.2F‑4F)。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种连续电纺柔性超薄超级电容器的制备方法。

背景技术

静电纺丝或喷涂作为一种简单且低成本的方法有望在大规模制备纳米储能材料与器件方面广泛应用。静电纺丝或喷涂技术制备的薄膜通常具有柔性、厚度可控、自支撑的无纺布状结构。而且这种结构对减小活性物质的厚度、促进电子在电极网络中的传输、减小电解液离子在反应储能过程中的扩散距离、提高活性物质的利用率等有着重要作用。

超级电容器(又称电化学电容器)，作为一种新型的储能装置，以其高功率、长寿命、高可靠性等优点备受关注。目前应用的超级电容器大都采用分离的部件如集流体、工作电极、电解质和隔膜，其制备工艺和流程复杂，柔性较差，且重量、体积较大。在发生折叠或弯曲等形变时，超级电容器各部件的相对移动会极大地损坏器件结构，导致超级电容器性能变差，循环稳定性降低。因此，减轻减薄超级电容器及寻找一种集成化且低成本柔性超级电容的制备方法对研究与开发新型超级电容器具有重要的价值和意义。

发明内容

为了解决现有的超级电容器制备方法的不足，本发明目的在于提供一种连续电纺柔性超薄超级电容器的制备方法。

本发明采取的技术方案是：

本发明的连续电纺柔性超薄超级电容器的制备方法的具体步骤如下：

(1)按配比称取石墨烯、碳纳米管及溶剂，超声分散制成石墨烯/碳纳米管胶体溶液；

(2)利用高压静电喷雾装置在集流体上喷涂石墨烯/碳纳米管复合膜负极；

(3)按比例制备固体电解质材料，利用高压静电纺丝装置直接在形成的负极上电纺固体电解质薄膜；

(4)采用制备的石墨烯/碳纳米管胶体溶液在形成的电解质薄膜上电喷一层正极；最后附上一层集流体；即得到本发明连续电纺柔性超薄超级电容器。

步骤(1)中，石墨烯溶液的浓度5mg/ml；碳纳米管溶液浓度是0.5mg/ml，溶剂是水、乙醇、乙二醇、NMP或二元混合溶液，石墨烯溶液和碳纳米管溶液二者体积比是1:1或2:1或1:2。

步骤(2)中，静电喷涂电压12KV，恒温温度50摄氏度；石墨烯/碳纳米管复合膜负极膜厚度10-100微米。

步骤(3)中，固体电解质材料的组成是：10wt％聚丙烯酸钾+(2mol/L)KOH+H2O；或10wt％聚丙烯酸钾+(4mol/L)KOH+H2O；或10wt％聚丙烯酸钾+(6mol/L)KOH+H2O。

步骤(3)中，静电纺丝电压15-20KV，恒温温度50摄氏度；纺丝膜厚度10-100微米。

步骤(4)中，静电喷涂电压12KV，恒温温度50摄氏度；石墨烯/碳纳米管复合膜正极膜厚度约10-100微米。

本发明的积极效果如下：