[发明专利]一种以亲水性碳纳米管薄膜和超支化聚合物为双模板制备非对称超级电容器的方法

说明书

本发明属超级电容器技术领域，公开了一种亲水性碳纳米管薄膜和超支化聚合物为双模板制备非对称超级电容器的方法：1）将碳纳米管薄膜浸入镍盐、钴盐、超支化环氧树脂和有机溶剂混合液，超声后取出冲洗、干燥，再煅烧后放入含Na₂SeO₃和水合肼的釜中反应，取出干燥后得到正极材料薄膜。2）碳纳米管薄膜为工作电极、以NaNO₃水溶液为电解液进行电化学处理；然后将NaNO₃水溶液倒出，加入NaClO₄、吡咯和蒸馏水，电化学沉积一定时间；取出、洗涤、干燥后，即得到负极材料薄膜。3）将正极和负极材料薄膜用KOH/PVA溶胶涂几次形成凝胶，再平整对齐，再涂几次KOH/PVA溶胶，形成凝胶后即得到。本发明工艺简单，制备的超级电容器电容高、柔性好、机械性能高，可望用于柔性可穿戴领域。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体公开了一种利用亲水性碳纳米管薄膜的制备非对称超级电容器的方法。

背景技术

便携化和微型化电子器件的迅猛发展对与之相匹配的能源转换和存储装置的设计与制造提出了新的挑战。超级电容器作为一种新颖的电化学存储器件，具有较高的功率密度、较快的充放电和可靠性，从而可以很好地实现器件在可柔性化、可穿戴化的便携式电子领域中的应用。作为便携式电子产品的核心部件，能否开发出高性能的柔性储能器件，成为柔性电子产品广泛应用的关键之一。在2013年8月份，柔性技术已被外媒评选为2013年全球十大科技进展之一，并且在10月份，LG公司先后宣布已经成功量产柔性显示屏和可弯曲的锂离子电池，由此可见柔性电子产品的时代距我们的生活越来越近。目前为止，多种可实现柔性化的器件都得到了较好的发展，但这些基本上都是平面状的结构，体积较大，不符合集成器件微型化、柔性化的发展道路。相比较而言，线状和薄膜的结构具有柔性好、弯曲性能优越等优点，发展柔性器件对电子产品柔性、及后续的集成的市场化应用有很重要的意义。

柔性超级电容器的关键技术有三点，一是电极材料的设计，选择具有赝电容的电极材料将使器件具有较高的电化学性能；二是导电集流体的选择，目前的研究中所用的集流体较多的有金属丝或网、碳和碳纳米管纱线及薄膜；三是基体材料的选择，需要选择机械性能优异的纤维或者薄膜材料为基材。其中碳纳米管作为导电集流体成为近年来的研究热点，发明人课题组技术采用金属丝与碳纳米管纱线进行缠绕，获得了线性超级电容器(ACSnano,2014,8(5):4571-4579)，通过改变正极材料制备了一系列柔性超级电容器(ZL201510699959.3、ZL201510698568.X、ZL201711350566.7、201910942102.8)。已经证实金属钴酸盐等材料可以有效提高电化学性能，但是传统制备技术所合成的纳米材料结构难控，难于制备多孔结构的钴酸盐，影响钴酸盐的使用效率。本发明利用超支化聚合物和碳纳米管薄膜为双模板制备多孔结构的钴酸盐及柔性超级电容器，可望具有广阔应用前景，对推动新能源新材料及其相关产业的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明拟采用超支化聚合物和碳纳米管薄膜为双模板制备纳米钴酸盐及构筑柔性薄膜型非对称超级电容器。超支化聚合物首先与钴盐和镍盐形成配合物，然后均匀浸渍碳纳米管薄膜，使配合物均匀分散在碳纳米管薄膜的网络中，然后通过水热法形成钴酸盐，再经硒化制备正极材料(CNT@NiCo₂Se₄)。超支化聚合物煅烧后形成的孔结构使形成的纳米材料具有多孔结构，充放电过程中无膨胀效应，安全可靠，碳纳米管薄膜的高强度提供柔性基体支撑材料，碳纳米管网络的导电性提供集流体的作用，从而实现高性能的柔性非对称超级电容器的构筑。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种以亲水性碳纳米管薄膜和超支化聚合物为双模板制备非对称超级电容器的方法，其步骤如下：