[發明專利]一種電極材料墨汁、制備方法及利用其制備微型超級電容器的方法

在審

• 申請號: 201911157816.4
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110895998A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 李磊;張巖;王亞玲;王國隆;史曉薇;喬祎德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G11/38
• 分類號: H01G11/38;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種電極材料墨汁、制備方法及利用其制備微型超級電容器的方法，屬于微型超級電容器技術領域。一種電極材料墨汁的制備方法，包括以下步驟：1)將分散劑、電極材料加入到醇液中，進行超聲處理，制得一次超聲分散液；2)將目標溶劑加入到電極材料的一次超聲分散液中，進行二次超聲，制得二次超聲分散液；3)將二次超聲分散液中的醇液去除，得到電極材料墨汁。利用本發明的制備方法，通過調整電極材料與溶劑的量可制備不同粘度、不同流動性的墨汁，能夠打印不同形狀不同尺寸的電容器，該制備方法不含有毒溶劑，適合大規模生產。本發明的電極材料墨汁，電極材料分散均勻，具有良好的成膜性，并且能夠在不同的基底上進行打印。

技術領域

本發明微型超級電容器技術領域，尤其是一種電極材料墨汁、制備方法及利用其制備微型超級電容器的方法。

背景技術

隨著小型化便攜式電子產品的需求量的增加，微型儲能裝置正經歷快速的發展，微型超級電容器因其諸多優點，比如功率密度高和循環壽命長，在小型電子產品的儲能中發揮著不可替代的作用。微型超級電容器根據其儲能機理的不同可分為贗電容器和雙電層電容器，贗電容器的電極材料主要包括過渡金屬氧化物、氫氧化物、硫化物、導電聚合物等；雙電層電容器的電極材料主要包括碳基材料，包括石墨烯、碳納米管、碳納米纖維、活性炭等。微型超級電容器，相比于微型鋰離子電池等儲能裝置來說，所面臨的挑戰在于其儲能容量較少。主要通過對電極材料的選擇、電極材料結構的設計、電容器的形狀設計以及電解液的選擇等方面進行改善來提高微型超級電容器的儲能性能。

目前，微型超級電容器的制備方法主要有激光刻畫、絲網印刷、電化學沉積、噴墨打印等，激光刻畫方法其工藝比較復雜，電極難以形成大深寬比，絲網印刷方法制備超級電容器時難以使電極形成大的深寬比，電化學沉積方法難以進行批量制備，不適合工業化生產，而3D打印因其制備成本低、制備周期短、適合大規模生產、能夠打印各種尺寸各種形狀的器件而受到廣泛的關注。

已有的制備微型超級電容器的打印技術，主要存在以下問題：(1)電極材料墨汁制備復雜，如發明專利CN104505265A中公開的電極材料墨汁的制備工藝需要的時間較長，制備步驟繁瑣；(2)制備微型超級電容器的過程復雜，如發明專利CN103762093A中，其制備微型超級電容器的過程需要反復固化，進行封裝；(3)對基底材料要求嚴格，如發明專利CN108538864A中，其打印的微型超級電容器的基底只能為柔性基底。對于微型超級電容器而言，電極材料制備和器件組裝的復雜化將嚴重劣化微型超級電容器的性能，阻礙微型超級電容器的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的電極材料墨汁分散不均且制備出來的微型超級電容器均含有非電極材料組分的缺點，提供一種電極材料墨汁、制備方法及利用其制備微型超級電容器的方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種電極材料墨汁的制備方法，包括以下步驟：

1)將分散劑、電極材料加入到醇液中，進行超聲處理，制得一次超聲分散液；

其中，醇液為甲醇、乙醇、異丙醇、戊醇中的一種或多種；

分散劑為羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、乙基纖維素、醋酸纖維素、硝酸纖維素或纖維素粉一種或多種；

電極材料為石墨烯、摻雜石墨烯、碳納米管、摻雜碳納米管、導電炭黑、碳納米纖維中的一種或多種；

2)將目標溶劑加入到電極材料的一次超聲分散液中，進行二次超聲，制得二次超聲分散液；

目標溶劑為乙二醇、松油醇、萜烯-4-醇、桉葉油醇、芳樟醇、異丙醇中的一種或多種；

其中，在二次超聲分散液中，每50-100mg的電極材料加入1mL的目標溶劑；

3)將二次超聲分散液中的醇液去除，得到電極材料墨汁。