[发明专利]柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料、制法与应用

说明书

本发明公开了一种柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料、制法与应用。所述活性炭微片/碳管复合材料包括活性炭微片、碳纳米管以及无定形碳；所述活性炭微片/碳管复合材料具有主要由活性炭微片通过层层组装形成的三维立体的网络结构，所述碳纳米管、无定形碳分布于所述活性炭微片表面和/或插层于活性炭微片之间。本发明制备方法简单，成本低，所获柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料具有高比表面积、高表面活性、高比容量以及循环稳定性好的优点，并且将其用于锌离子混合电容器时，表现出高比容量、优异的倍率性能及良好的循环稳定性；可应用于可穿戴柔性电子设备上。

技术领域

本发明属于电容器阴极材料技术领域，具体涉及一种柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料、制法与应用，尤其涉及一种柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料及其制备方法，以及柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料在制备电容器或可穿戴电子设备中的应用。

背景技术

随着全球经济生活说平的提高，构建和制造高功率和高能量密度、长寿命、绿色无污染的新型电化学能源系统受到了人们的青睐。然而目前我们常用的储能器件，例如超级电容器、锂离子电池、锌离子电池等，很难兼顾高功率和高能量密度，从而限制了其进一步发展，例如电池的功率密度低和循环稳定性差,超级电容器的能量密度低。超级电容器-电池型混合超级电容器(SBHSC)是一种典型的由高倍率电容型电极和大容量电池型电极构成的储能器件，由于兼具电池和超级电容器的优点而备受青睐。水系锌离子混合超级电容器(ZHSC)因其高性能、低成本、安全环保等优点成为目前研究的热点之一。商用无规则活性炭被广泛用作ZHSC电极材料。然而，由于其各级孔隙之间互通性较差、比表面积相对较小、限制了器件性能的提升。因此，开发比表面积高、孔结构丰富、互通性较好的电容型材料是构建高性能锌离子混合电容器的有效手段。目前大量工作采用石墨烯与碳管作为单体组装多孔气凝胶材料，应用于锌离子混合超级电容器电极材料，尽管贯通的大孔结构有利于提高锌离子电容器的功率性能以及倍率性能，但是这样的大孔结构极大的降低了电极材料的堆积密度，从而降低了锌离子混合电容器器件的体积能量密度。因此需要迫切开发一种新型既具有高比表面积、合理的孔道结构又具有较高的堆积密度的电极材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料、制法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料，其包括：

主要由活性炭微片组装形成的三维立体网络结构，以及，

分布于所述活性炭微片表面和/或插层于活性炭微片之间的碳纳米管及无定形碳。

进一步的，所述活性炭微片/碳管复合材料的比表面积为500～2000m²/g，厚度为20～100μm。

本发明实施例还提供了前述柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料的制备方法，其包括：

将无定形碳前驱体、碳纳米管与水混合，并均质处理，形成碳纳米管/无定形碳前驱体分散液；

将中空活性炭微管分散于所述碳纳米管/无定形碳前驱体分散液中，再经超声粉碎处理，形成活性炭微片/碳纳米管/无定形碳前驱体分散液；

以及，对所述活性炭微片/碳纳米管/无定形碳前驱体分散液进行成膜处理，之后对所获薄膜进行高温退火处理，制得柔性自支撑活性炭微片/碳纳米管复合材料。

本发明实施例还提供了前述的活性炭微片/碳管复合材料于制备电化学储能装置或可穿戴电子设备中的用途。

本发明实施例还提供了一种锌离子混合电容器阴极材料，其包括前述的活性炭微片/碳管复合材料。

本发明实施例还提供了一种锌离子混合电容器，包括正极、负极及电解液，所述负极包括前述的锌离子混合电容器阴极材料。