[發明專利]一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710392865.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107316753A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 郝天琪;張路;俞丹;王煒;羅玫因
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于柔性膜電極材料及其制備領域，特別涉及一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器因其具備電池和傳統電介質電容器的優勢而被廣泛研究，同時伴隨柔性電子設備的需求逐漸提高，柔性超級電容器逐漸成為研究熱點。柔性超級電容器仍沿用超級電容器制備所采用的活性材料，與超級電容器不同的是，柔性超級電容器采用了柔性基底等材料，從而賦予其可彎曲的性能。

碳材料因具有比表面積大、穩定性好和價格便宜的優勢而被應用于電化學超級電容器的制備。當前對于碳材料相關的柔性電極的研究主要集中在以織物等柔性材料為基材和薄膜的研究上。以柔性材料為基材可以賦予柔性電極良好的柔性、機械穩定性和電極完整性，但是柔性基材的活性物質負載量較低；薄膜柔性電極除了具有良好的柔性外，也具有一定的機械穩定性和高活性物質含量，但是傳統采用粘合劑制備的柔性電極會包裹活性物質從而引起其利用率下降，因而有必要發明一種能夠提高活性物質含量以及利用率的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法，本發明采用纖維素作為柔性薄膜的來源，具有環保和親水性好的優點，同時柔性薄膜制備中不采用粘合劑，有利于提高碳材料活性物質的利用率，發揮其最大電容性能。

本發明的一種無粘合劑柔性膜電極材料，所述柔性膜電極材料為碳材料/纖維素柔性復合電極。

本發明的一種如權利要求1所述的無粘合劑柔性膜電極材料的制備方法，包括：

(1)室溫條件下，將碳材料與纖維素溶液混合，超聲，攪拌，得到碳材料均勻分散的纖維素溶液；

(2)室溫條件下，將碳材料均勻分散的纖維素溶液靜置成膜，于凝固浴中析出，干燥，得到無粘合劑柔性膜電極材料。

所述步驟(1)中碳材料為碳納米管或石墨烯納米片。

所述步驟(1)中碳材料、纖維素溶液的質量比為0.5-1:20-30。

所述步驟(1)中超聲時間為0.5-2h。

所述步驟(1)中纖維素溶液具體為：纖維素漿粕于-12℃條件下溶于溶劑中，得到纖維素溶液。

所述纖維素漿粕為4wt％纖維素漿粕，聚合度為200-1000(4wt％纖維素漿粕為：溶劑中纖維素漿粕的含量為4wt％)。

所述溶劑為尿素、氫氧化鈉、水的混合溶液，其中尿素質量分數為7～15wt％、氫氧化鈉質量分數為5～13wt％、水的質量分數為75～87wt％。

所述步驟(2)中凝固浴為乙醇凝固浴。

本發明采用碳材料(碳納米管和石墨烯納米片)為活性材料，采用環保纖維素為成膜材料，利用低溫溶解的方法使活性材料和成膜材料相混合，并在室溫條件下無粘合劑成膜，固化而成，該方法適用于具有電容儲存性能的活性材料；所制備的柔性電極能夠展現活性材料的電容特性，具有很好的應用前景。

本發明中纖維素膜以纖維素為原料，其柔韌性好，成膜性好不需要添加粘合劑，且纖維素是自然界中最為豐富的可再生資源，綠色環保。同時，纖維素溶液與碳材料具有較好的混合性，能夠很好的保留碳材料的電容性能。

本發明采用纖維素與碳材料共混制備柔性膜電極材料，所制備的復合物除具有電化學性能外，還具有良好柔性和機械穩定性，同時該方法具有操作簡單方便以及環保的優點，為柔性超級電容器電極材料的研發開辟出一條新的道路。

本專利著重解決如何制備碳材料柔性復合電極，旨在提高碳活性物質在柔性電極中的含量和利用率，探索出一條簡單環保的柔性電極材料的制備方法。

有益效果

本發明采用纖維素作為柔性薄膜的來源，具有環保和親水性好的優點，同時柔性薄膜制備中不采用粘合劑，有利于提高碳材料活性物質的利用率，發揮其最大電容性能。

附圖說明

圖1為實例1和實例2的循環伏安曲線測試圖；

圖2為實例1和實例2的充放電曲線測試圖；

圖3為實例1和實例2的阻抗圖譜。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

下列實施例中，碳納米管購自北京博宇高科新材料技術有限公司，石墨烯納米片購自昂星科技。其他所用試劑均為分析純級別，在使用過程中無需進一步提純。