[发明专利]一种可拉伸纳米纤维、其应用、包含其的可拉伸电容器电极及制备方法

说明书

本发明涉及电化学材料技术领域，具体公开一种可拉伸纳米纤维、其应用、包含其的可拉伸电容器电极及制备方法，所述可拉伸纳米纤维以热塑性聚氨酯、Fe₃O₄和酸化碳纳米管为原料，通过静电纺丝法制备得到。本发明的可拉伸纳米纤维，既有良好的可拉伸性能，并可以根据需要制作成预设的任何形状，具有一定的独立支撑性能，其作为电容器电极在封装成电容器时不需要集流体和支撑材料，实现自支撑结构，柔性和可拉伸性好，同时具有体积小、储能密度大、放电功率高等特点，制备的可拉伸微型电容器兼具高电容储能性和可拉伸性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种可拉伸纳米纤维、其应用、包含其的可拉伸电容器电极及制备方法。

背景技术

近年来，可弯曲和折叠的轻质柔性储能设备已成为材料领域研究的方向，以适应可穿戴通讯设备、可植入医疗监控等柔性电子器件的高速发展，其中，微型超级电容器是一类新型的高功率电化学储能器件，由于其功率密度高，结构多变、充放电速度快，循环寿命长和安全性能好等特点，可以将其用于个人穿戴系统、可卷曲显示器、生物医药等领域，具有很大的发展空间。

国内外对于柔性电极衬底研究分别有金属基、塑料基、纸基和纤维基柔性电极，其中纤维基材具有一定的拉伸性、穿戴舒适性和丰富孔径结构使其成为可穿戴微型电极载体的代表，静电纺丝法制备的纳米纤维尺寸和形貌可控、制备成本低，且纤维交联孔隙可缩短离子扩散路径而提高快速充放电能力，有望成为制备纳米多孔导电基底的主要方法，但目前研究的静电纺纳米纤维虽具备一定的柔性，但基本不具备可拉伸性，同时，因引入弹性成纤基底带来了微电极易脱离及惰性物质增加导致的电极导电性差的问题，大大限制了其在穿戴式电子设备中的应用；其它实现纤维基微型电极可控构筑的方法有光刻法、模板法、激光直写法、微流体刻蚀法等，其大都操作过程繁琐，且需要精密昂贵的设备，使其实际应用受阻。

发明内容

针对现有纳米纤维电容器电极的柔性差、可拉伸性差、制备方法复杂以及制作成本高等问题，本发明提供一种可拉伸纳米纤维、其应用、包含其的可拉伸电容器电极及制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

以热塑性聚氨酯、Fe₃O₄和酸化碳纳米管为原料，通过静电纺丝法制备得到。

相对于现有技术，本发明提供的可拉伸纳米纤维，在纺丝液前驱体中加入热塑性聚氨酯，可以增加纳米纤维的可拉伸性，且热塑性聚氨酯、Fe₃O₄和酸化碳纳米管的结合得到的纳米纤维既有很好的可拉伸性能，并根据需要制作成预设的任何形状，又有一定的独立支撑性能，在不添加其它粘合剂和支撑材料的情况下，可维持其特定的形状，实现自支撑结构。

其中，酸化碳纳米管中含有大量的羧基和羟基，可提高纺丝液的混合均匀性。

优选的，所述热塑性聚氨酯、Fe₃O₄和酸化碳纳米管的质量比为18-22:8-12:1-2。

优选的，所述酸化碳纳米管的制备方法为：将多壁碳纳米管加入到由体积比为2.5-3.5:1的浓硫酸和浓硝酸组成的酸溶液中，40-50℃水浴超声2-2.5h，过滤、洗涤、干燥，得到酸化碳纳米管。

上述方法制备的酸化碳纳米管上含有丰富的羧基和羟基，大大提高碳纳米管的分散性和使用性能。

本发明可拉伸纳米纤维在作为电容器电极中的应用。

由热塑性聚氨酯、Fe₃O₄和酸化碳纳米管结合制备的可拉伸纳米纤维作为电容器电极，克服了因引入弹性热塑性聚氨酯成纤基底带来的惰性物质增加导致的电极绝缘性差的问题，其作为电容器电极除具有很好的可拉伸性能外，还保持了良好的导电性能。