[发明专利]一种柔性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柔性电极及其制备方法和应用。电极的组分按重量份包括聚偏氟乙烯40‑90份、导电碳材料10‑30份、活性物质0.001‑20份、聚乙二醇5‑30份，本发明的柔性电极具有可卷曲折叠、可自导电、具有超级电容特性、可根据需要在酸性/碱性/中性的环境使用、成本低、易工业化、容易制作成可穿戴设备、可回收、电容量大小可变的特点。

技术领域

本发明公开一种柔性电极及其制备方法和应用。

背景技术

可穿戴设备被称为人们的第二层皮肤，在我们身体之外，具有接受我们主动被动输入指令信号的功能，实现功能化、智能化的作用，给我们的生产生活等各个方面带来了很多的便利，是现在电子元器件发展的热点，随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，对随身穿戴设备的需求越来越多，越来越高，对可穿戴设备的便利性、安全性、制造工艺、生产成本提出了更高的要求。

作为可穿戴设备的重要部件，柔性电极，其材质也是各种各样，结构形式也是多种多样。但总体来说，目前可穿戴设备的材料都普遍存在着原料成本贵(如使用金铂钌铑等贵金属或稀土元素，或者不易回收重复使用)，制造成本高(如石墨烯)、生产过程复杂等特点，基于这样原因更多的还是停留在实验室阶段，或高端的特殊的使用领域。

目前通常采用80-90％的活性物质添加5-10％的粘结剂(如PVDF、PTFE等)和5-10％的导电碳材料用溶剂涂抹在集流体(比如金属箔片、碳布等)上制作柔性电极及其相关超级电容器制作。

另外文献CN 107316752A公开了一种二氧化锰/碳纳米管修饰石墨烯纸电容器电极的制备方法，使用PVDF包容石墨烯成导电薄膜后再电沉积碳纳米管、纳米二氧化锰的方法，制成柔性超级电容器电极。文献中先是使用昂贵的制造成本且产生大量酸碱废弃物的还原氧化石墨烯制备纸电容器电极，由于浸润性的问题，封固于PVDF内的石墨烯还主要是起导电作用，也仅得到主要是导电功能的塑料薄膜，高昂的石墨烯并不能得到有效利用，只有位于表层的石墨烯才体现了超电的作用；接着使用电沉积的方法在表面得到纳米二氧化锰/碳纳米管，一是这方法也仅限于实验室操作；二是这种方法得到得这层碳纳米管和二氧化锰位于电极外部，不受保护如果作为柔性电极，折叠、卷曲或摩擦这是很经常的操作，可以预见其表面的活性物质容易受损脱落。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种成本低廉、原料来源广泛，制造过程简单，不易损坏，便于工业放大的柔性电极，及其制作方法和应用，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种柔性电极，包括电极片和导线，所述电极片按重量份包括如下组分：

聚偏氟乙烯40-90份；

导电碳材料10-30份，所述导电碳材料包括乙炔黑、细石墨粉、碳纳米管中的至少一种：

活性物质0.001-20份，所述活性物质为导电聚合物或金属氧化物；所述导电聚合物包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物中的至少一种；所述金属氧化物包括铁的氧化物、锰的氧化物中的至少一种：

聚乙二醇5-30份。

在本发明一较佳实施例中，所述导线包括金属导线、碳纤维导线。

本发明还提供了一种柔性电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)浆料的制备：取聚偏氟乙烯40-90份、导电碳材料10-30份、活性物质0.001-20份、聚乙二醇5-30份，粉碎制成混合粉末；倒入溶剂，所述固体粉末与溶剂的比例为1g：2-30mL，经加热、搅拌、超声震荡，得到均匀的浆料；所述溶剂包括二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。

(2)将上述浆料加热烘干制成电极片，将导线与电极片固定连接完成柔性电极的制备。