[发明专利]一种基于NCS的平面固态叉指超级电容器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于NCS的平面固态叉指超级电容器及制备方法，其包括如下步骤：步骤一，利用掩膜板在基底表面制得叉指型集流体；步骤二，将NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;粉体、PTFE、CNT均匀分散于溶剂中得到油墨，每1ml溶剂中添加50~100mg的NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;粉体、5~15mg的PTFE和5~15mg的CNT的混合物；所述溶剂为NMP或松油醇；步骤三，在叉指型集流体上负载NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;电极材料：将油墨涂覆于叉指型集流体上，干燥、分离掩膜板；步骤四，将PVA‑KOH基电解质填充于叉指电极间隙，封装，得到基于NCS的平面固态叉指超级电容器。其利用NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;电极材料良好的赝电容特性使器件具有优良的比电容、功率密度和稳定性，制备流程简单，成本低。

技术领域

本发明涉及超级电容器，具体涉及基于NCS的平面固态叉指超级电容器及制备方法。

背景技术

当前，互联网与电子技术的快速发展对微型储能器件提出了巨大的市场需求，相比于燃料电池和锂电池等传统储能器件，超级电容器不仅具有功率密度高和充放电速度快的特点，其更易实现小型化、集成化和柔性化，使之作为微型储能器件而备受关注。其中，平面固态叉指型超级电容器是附着于柔性基底的全固态二维结构储能单元，易与其它便携式微型电子器件集成，有利于实现电子器件更高的集成度和柔性化。

超级电容根据机理的不同又可分为双电层电容与法拉第赝电容。双电层电容依靠静电吸附，在电极表面形成双电层进而存储能量。目前平面固态叉指电容的电极活性材料主要采用双电层材料，如碳纳米管、石墨烯等，该类器件循环寿命长，电容保持率好，但理论电容值较低，且实际应用中由于电极材料团聚等原因，实际电容量远低于理论值。另外，目前平面超级电容的制备方法主要是光刻法、电沉积法、溅射法等，存在工艺流程复杂、制备成本高和不易大规模生产等问题。

赝电容来源于活性物质的氧化还原反应，与双电层电容相比，赝电容具有更高的比电容和功率密度。其中，双金属硫化物NCS作为一种新型赝电容材料因较高的理论比电容而引起人们的广泛关注，所述NCS为NiCo₂S₄的简称。例如，Jiang等采用水热法制备出中空多孔NiCo₂S₄纳米线，相比于单金属氧化物由于Ni、Co协同作用，具有相对较多的氧化还原对，因此表现出更优异的电化学性能，其多孔纳米管形态为离子提供了较大的活性表面积和相对短的离子通道，从而达到高的电化学性能，在0.2A/g的电流密度下比电容高达1093F/g，表现出优异的电性能。不过，目前还未发现有研究报道将NCS作为电极活性材料制备成平面固态叉指型超级电容器。一方面，NCS材料的导电性不高、循环稳定性差，在确定合适的组成和配比制备良好可印刷性、导电性和活性物质分散性的叉指超级电容器用油墨存在困难。另外，集流体的选取、叉指图案的制备、油墨的印刷方式和基底与油墨的匹配等诸多都显著影响电容器的性能和成本，因此如何将NCS材料应用于叉指超级电容器上，需在技术上进一步创新。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于NCS的平面固态叉指超级电容器及制备方法，其利用NiCo₂S₄电极材料良好的赝电容特性使器件具有优良的比电容、功率密度和稳定性，制备流程简单，成本低。

本发明所述的基于NCS的平面固态叉指超级电容器的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一，利用掩膜板在基底表面制得叉指型集流体。

步骤二，将NiCo₂S₄粉体、PTFE、CNT均匀分散于溶剂中得到油墨，每1ml溶剂中添加50~100mg的NiCo₂S₄粉体、5~15mg的PTFE和5~15mg的CNT的混合物；所述溶剂为NMP或松油醇，所述NMP为N-甲基吡咯烷酮的简称。