[发明专利]碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法

摘要

本发明公开一种碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法，通过对金属氧化物纳米粒子表面修饰等，可利用静电纺丝技术制备碳纳米纤维（一维碳材料）腔内包裹金属氧化物纳米粒子柔性膜，用于柔性超级电容电极。不仅柔性好，而且碳纳米纤维可为金属氧化物那纳米粒子工作时的体积变化提供充分的缓冲空间，减小金属氧化物的体积效应，具有比电容高、稳定性好等优点，进一步提高了柔性电容的性能。另外，生产过程无需表面化学沉积或电沉积等方法，操作简单、材料结构可控、成本低，适合大批量工业生产。

主权项

1.一种碳纳米纤维包裹金属氧化物的电容柔性电极的制备方法，是由包裹有具有赝电容特征的金属氧化物纳米粒子的静电纺丝碳纳米纤维构成的柔性膜，所述包裹有金属氧化物纳米粒子的静电纺丝碳纳米纤维是在静电纺丝碳纳米纤维中均匀分散有金属氧化物纳米粒子，其特征在于按照如下步骤进行：a. 将聚丙烯腈溶解于四氢呋喃或/和二甲基甲酰胺的溶液中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为5%~15%，60℃下磁力搅拌1~3h，得到溶胶液;b. 将表面活性剂溶解于质量比为1~3倍的水中，再按照表面活性剂与金属氧化物粒子的质量比为0.1~1：1加入金属氧化物粒子，超声分散30~60min，然后再加入丙烯腈单体和引发剂偶氮二异丁腈，80℃下回流反应3h，得到经表面修饰后的金属氧化物颗粒；c. 按照0.1%~3%的质量百分比向溶胶液中加入经表面修饰的金属氧化物颗粒，磁力搅拌1~2h，然后再超声分散0.5~1h，得到均匀分散的金属氧化物‑聚丙烯腈复合溶液；d. 将金属氧化物‑聚丙烯腈复合溶液灌制到单轴电纺装置中，制备金属氧化物均匀分散于聚丙烯腈纳米纤维内部的柔性膜；然后再将所述柔性膜置于惰性气体保护下的管式炉中焙烧，升温速率为0.5~5℃/min，焙烧温度为500℃~1000℃，恒温焙烧时间为1~2h，得到金属氧化物均匀分散于碳纳米纤维内部的电容柔性电极。