[发明专利]一种不对称型全固态纤维状柔性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种不对称型全固态纤维状柔性超级电容器的制备方法，首先通过电泳沉积法将纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯、化学气相生长碳纤维）沉积到碳纤维（CF）表面得到碳纤维/纳米碳材料电极，然后再分别通过电化学沉积法和电化学聚合法在碳纤维/纳米碳材料电极上制备二氧化锰（MnO₂）和聚吡咯（PPy），得到纤维状柔性复合电极材料（碳纤维/纳米碳材料/二氧化锰正极和碳纤维/纳米碳材料/聚吡咯负极），最后使用凝胶电解质将电极组装成纤维状不对称柔性超级电容器。纳米碳材料的加入提高了电极的离子扩散能力和电极的稳定性，赋予电极优异的性能；将电极组装成不对称超级电容器能有效提高器件的电位窗口和能量密度，具有柔性高、循环寿命长、合成工艺和组装工艺简单的优点。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种不对称型全固态纤维状柔性超级电容器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着高度集成化、轻量化、便携化、可穿戴、可植入等新概念以及柔性化、智能化电子产品的出现，迫切需要开发与其具有高度兼容性的具有高的能量密度和柔性储能器件，为其提供能量。在诸多储能器件中，柔性超级电容器具有高功率、快速充放电和循环寿命优良等优点受到广泛关注。纤维状柔性超级电容器相比于平面型或三维型超级电容器具有体积小、柔性好等特点已成为一种具有广阔应用前景的化学电源。碳纤维由于具备力学强度优异、电导率高、柔性好且能规模化生产等优点，可作为纤维状柔性超级电容器的柔性基底。柔性电极材料作为柔性超级电容器的核心部件直接影响器件的性能，单一的电极材料各有优缺点，近些年来，柔性电极材料的发展方向趋于将不同类型的电极材料复合以提高电极材料的性能。将纳米碳材料与二氧化锰等金属氧化物或聚吡咯等导电聚合物复合可得到综合性能良好的复合电极材料，纳米碳材料的加入提高了电极的离子扩散能力和电极的稳定性，赋予电极优异的性能。相比于对称型超级电容器，不对称型超级电容器具有更大的电势窗口，因此具有更高的能量密度。总之，将纳米碳材料和金属氧化物或导电聚合物复合能得到性能更优异的复合电极材料，将两种具有不同电势窗口的复合电极材料组装成不对称型的纤维状柔性超级电容器能有效提高器件的能量密度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种不对称型全固态纤维状柔性超级电容器及其制备方法，通过制备两种复合电极材料分别作为正负极，并组装成不对称型全固态纤维状柔性超级电容器。纳米碳材料的加入提高了电极的离子扩散能力和电极的稳定性，赋予电极优异的性能。本发明将电极组装成不对称超级电容器能有效提高器件的电位窗口和能量密度。本发明的超级电容器柔性高、循环寿命长、合成工艺和组装工艺简单。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种不对称型全固态纤维状柔性超级电容器，所述电容器包括正极、负极、集流体、外包装材料和凝胶电解质组成；所述正极和负极均为纤维状结构；所述集流体为导电铜片；所述外包装材料为柔性硅胶管；所述凝胶电解质为交联后的聚乙烯醇凝胶电解质。

在本发明的优选的实施方式中，所述的正极为碳纤维/纳米碳材料/二氧化锰正极，所述的负极为碳纤维/纳米碳材料/聚吡咯负极。

本发明还保护所述的不对称型全固态纤维状柔性超级电容器的制备方法，首先通过电泳沉积法将纳米碳材料沉积到碳纤维（CF）表面得到碳纤维/纳米碳材料电极，然后再分别通过电化学沉积法和电化学聚合法在碳纤维/纳米碳材料电极上制备二氧化锰（MnO₂）和聚吡咯（PPy），得到纤维状柔性复合电极材料，即碳纤维/纳米碳材料/二氧化锰正极和碳纤维/纳米碳材料/聚吡咯负极，最后使用凝胶电解质将电极组装成纤维状不对称柔性超级电容器。

在本发明的优选的实施方式中，所述的制备方法包括步骤如下：