[发明专利]一种自支撑柔性复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自支撑柔性复合薄膜及其制备方法，属于超级电容器电极材料领域。本发明的自支撑柔性复合薄膜包括将赝电容材料与碳材料在水溶液中通过物理静电吸附的方式混合，再经超声得到赝电容材料/碳材料均匀混合液，之后将赝电容材料/碳材料的均匀混合液真空抽滤，得到赝电容材料/碳材料复合材料；将得到的赝电容材料/碳材料复合材料在管式炉中氨气气氛下550℃‑650℃热处理进行氮掺杂，同时碳材料在550℃‑650℃的热处理下还原，最终得到所述自支撑柔性复合薄膜。本发明自支撑柔性复合薄膜的制备方法，实现了导电剂与粘结剂的去除，并且充分的发挥了三氧化钼材料与石墨烯材料的优点，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种自支撑柔性复合薄膜及其制备方法，属于超级电容器电极材料领域。

背景技术

超级电容器电极材料通常由活性材料、导电剂和粘结剂三部分组成，由于粘结剂的电导率极低，会导致电极材料的性能出现明显的下降，如何将导电剂及粘结剂从电极材料中去除是目前相关研究的一个主要方向。活性材料在电极材料中担负着最重要的作用，在电极活性材料的选择上，主要为双电层储能机理的碳材料、赝电容储能机理的导电聚合物、金属氧化物、金属硫化物等材料。其中，双电层材料主要是通过正负电荷的吸附来实现能量的储存，由于此物理吸附过程只发生在电极材料表面，所以该类材料的能量密度受限于材料的比表面积；赝电容材料是通过电解液离子与电极材料间发生的高度可逆的氧化还原反应来实现储能，该反应不仅可以发生在电极材料表面，同时电解液离子可以深入电极材料内部与其发生反应，因此赝电容材料通常拥有更高的能量密度。

传统的超级电容器电极材料为块状固体材料，为了进一步的满足柔性可穿戴电子设备的需求，超级电容器的电极材料也在不断地朝柔性化、轻量化方向发展。超级电容器的柔性电极材料目前主要分为两类，柔性衬底结构电极及自支撑柔性电极。柔性衬底电极是将电极材料制备到柔性、可拉伸或者可压缩的柔性衬底上，以衬底作为形变的载体。在导致电极材料形变的过程中，柔性衬底作为应力的主要承受部分，很大程度上缓解了电极材料所受到的破坏，使电极材料保持稳定的性能，但是衬底材料往往会影响到电极材料本身的表现。自支撑柔性电极不需要增加额外的衬底材料，可以极大的降低其他材料对于电极材料本身的影响，同时充分发挥电极材料自身的优势，提升柔性电极的质量从而提升器件的整体性能。自支撑柔性电极主要通过化学气相沉积或真空抽滤的方式制备，通常主要的电极材料为一维的纳米线和二维的纳米片结构，类似的纳米材料有利于自支撑薄膜材料的形成。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种自支撑柔性复合薄膜及其制备方法，具有工艺简单、柔性自支撑、极佳的电化学性能等优点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种自支撑柔性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将赝电容材料与碳材料通过物理方式进行混合，得到混合溶液；

(2)将赝电容材料与碳材料混合后的溶液进行真空抽滤，得到赝电容材料/碳材料复合材料；

(3)将得到的赝电容材料/碳材料复合材料在管式炉中氨气气氛下550℃-650℃热处理进行氮掺杂，同时碳材料在550℃-650℃的热处理下还原，最终得到所述自支撑柔性复合薄膜。

金属氧化物材料由于其独特的赝电容储能机制，拥有更大的理论比电容，常用来做赝电容材料，将材料制备为纳米线结构能够使材料拥有更大的比表面积，从而有利于提高材料的利用率，并且纳米线结构有利于自支撑柔性薄膜的形成。α-MoO₃材料由于其独特的层状结构，形成了更有利于电解液离子深入电极材料内部的离子通道，可以大大提升电极材料的电容性能。氧化石墨烯粉末经过热处理后可以还原为还原氧化石墨烯材料(rGO)，石墨烯材料拥有极佳的电导率以及机械性能，在复合材料中，还原氧化石墨烯可显著提高电子的传输速率，从而提升电极材料的倍率性能。此外石墨烯材料的存在也大大的增强了电极材料的机械柔韧性。