[发明专利]一种基于丝网印刷的石墨烯柔性超级电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于丝网印刷的石墨烯柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：使用激光雕刻高分子聚合物聚酰亚胺膜得激光诱导石墨烯粉末；将激光诱导石墨烯粉末、乙炔炭黑和乙基纤维素混合制得激光诱导石墨烯导电油墨；采用丝网印刷技术将石墨烯导电油墨均匀印刷在柔性衬底上后烘干；用导电银浆将石墨烯电极的电极引脚与铜箔连接并烘干；将凝胶电解质均匀涂覆在激光诱导石墨烯电极上进行封装，得石墨烯柔性超级电容器。本发明制备的超级电容器解决了石墨烯电极脱落的现象；避免了石墨烯出现缺陷而导致的部分电性能损失，制备的超级电容器具有良好的电容性；操作简单、安全环保、节能减排、产量丰富。

技术领域

本发明属于能量存储领域，具体涉及一种基于丝网印刷的石墨烯柔性超级电容器的制备方法，尤其涉及一种基于丝网印刷制备激光诱导石墨烯柔性微型超级电容器的方法。

背景技术

随着各类便携式和柔性电子设备的出现，需要新的柔性能量存储系统以适合于这类柔性设备。一种很有应用前景的电子元件微型超级电容器是一类能够快速充放电且具有高功率密度和长循环寿命的储能装置。石墨烯由于高的比表面积、出色的电导率、极高的机械强度和优异的电学性能使其成为柔性微型超级电容器的理想材料。丝网印刷技术可以大面积灵活制备柔性电子，它具有用料少、成本低、图案设计灵活、工艺简单等优势，有助于低成本、大面积制备微型超级电容器等柔性电子器件。

目前石墨烯的主要制备方法是还原化学氧化剥离方法制备的氧化石墨烯，这种方法通常采用强酸和强氧化剂容易造成石墨烯缺陷，导致部分电性能的损失，而且容易带来安全隐患和环境污染问题。然而采用丝网印刷法制备柔性电子器件，面临的主要挑战是发展可印刷的石墨烯导电油墨。因此，制造价格低廉、灵活、重量轻且环保的柔性微型超级电容器是一个巨大的挑战。

英国《自然·通讯》(Nature Communications，2014年第5卷第5714页)报道了一种激光烧蚀法，利用激光局部高温的特点，直接在高分子聚合物聚酰亚胺(PI)膜制备图案性碳基电极，称之为激光诱导石墨烯(LIG)，然后直接制备成平面型超级电容器。然而，这种方法在PI膜上直接制得的石墨烯电极极易脱落，限制了其应用。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于丝网印刷的石墨烯柔性超级电容器的制备方法，所制备的石墨烯柔性超级电容器能够解决石墨烯电极脱落的现象，且具备柔性以及良好的电容性能。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于丝网印刷的石墨烯柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

(1)激光雕刻高分子聚合物聚酰亚胺膜，在聚酰亚胺膜上得到石墨烯薄层，刮下石墨烯薄层并研磨，得激光诱导石墨烯粉末；

(2)将激光诱导石墨烯粉末、乙炔炭黑和乙基纤维素加入到丙酮和双丙酮醇的混合液中搅拌均匀、离心得激光诱导石墨烯导电油墨；

(3)根据设计需求绘制电极图案，制备丝网印刷用的丝版；

(4)取激光诱导石墨烯导电油墨置于丝版边缘，用刮板压住丝版与柔性衬底，使石墨烯导电油墨均匀印刷在柔性衬底上，将印刷后平面型石墨烯电极烘干；

(5)用导电银浆将石墨烯电极的电极引脚与铜箔连接，烘干；

(6)将聚乙烯醇与水混合，加热搅拌至聚乙烯醇颗粒完全融化至凝胶状态，滴入浓硫酸，冷却得凝胶电解质；

(7)将凝胶电解质均匀涂覆在激光诱导石墨烯电极上进行封装，得石墨烯柔性超级电容器。

优选的，步骤(1)中，所述激光雕刻的功率为9～12W，扫描速率为300～450mm/s。

优选的，步骤(1)中，所述聚酰亚胺膜的厚度为0.05～0.18mm。

优选的，步骤(1)中，所述激光诱导石墨烯粉末为单层或5层以下。