[發明專利]柔性電極及其制備方法以及包含該柔性電極的柔性電容器

有效

• 申請號: 202010819458.5
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111968861B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 黃宇翔;余養倫;張亞慧;于文吉;林秋琴
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院木材工業研究所
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/68;H01G11/70;H01G11/86
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及一種柔性電極及其制備方法以及包含該柔性電極的柔性電容器。所述柔性電極包括：集流體，所述集流體包括至少一根竹纖維，和負載于所述竹纖維表面的導電材料；活性物質，所述活性物質分散于所述集流體的表面，所述活性物質由竹薄壁細胞活化后形成，所述活性物質具有多個微孔；以及電解質層，所述電解質層包覆在所述集流體長度方向的外周，且使至少部分所述活性物質存在于所述集流體與所述電解質層之間。本發明的柔性電極能夠實現對天然竹材資源的充分利用，大大降低了柔性電極的材料成本。竹纖維負載導電材料后具有良好的導電性，竹薄壁細胞活化后具有很多微孔，比表面積大，儲存電荷的能力高，使柔性電極具有優異的穩定性和電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種柔性電極及其制備方法以及包含該柔性電極的柔性電容器，屬于柔性電子技術領域。

背景技術

儲能器件的發展影響著對全球能源的開發與利用，與此同時，在電子設備輕量化、柔性化以及可穿戴化的快速發展趨勢下，電子儲量器件的輕量化與柔性化也勢在必行。柔性電子設備相比于傳統電子設備，具有質輕、柔性可變形、便于穿戴等優點，在信息、能源、智能家居、生物醫藥、可穿戴智能設備等相關領域具有巨大的發展潛力；儲能器件作為電子設備的基礎構件，為實現電子設備的柔性功能，對儲能器件柔性以及可伸縮性能的發展具有重要意義。

目前，在各類儲能器件中，電化學電容器由于具有可快速充放電、超長的循環穩定性、高的功率密度和操作安全等優點，被認為是最有前景的柔性能源存儲器件之一。電極性能是影響電容器性能的關鍵因素，為保持電化學電容器儲能性能的同時，提高其機械柔性，滿足電化學電容器在柔性電子產品等領域的應用，需要具有良好導電性和機械柔性的柔性電極。

紡織織物是柔性電極材料的理想基質，因為其獨特的分層多孔結構，使其可以吸附更多的活性物質來增加其導電性與比電容。紡織織物又分為天然纖維織物和合成纖維織物，其中天然纖維織物以棉織物為代表，棉纖維織物表面有大量的親水性基團，以及織物內部的孔道結構，都有利于后期導電材料的生長負載，但是棉纖維的耐酸穩定性很差，在負載活性物質的過程中易產生損傷。此外，棉纖維織物的比表面積有限，對電荷的儲存能力存在不足。

合成纖維織物的代表是滌綸，滌綸纖維粗細均勻，機械性能遠好于棉纖維。化學穩定性方面，滌綸纖維具有極佳的耐腐蝕性能和良好的耐酸堿穩定性，且滌綸織物的比表面積要比棉纖維更大，能夠彌補棉纖維織物的不足。然而，以合成纖維織物作為柔性電極材料，會使柔性電極的制備成本提高。

在現有技術中，竹子是重要的森林資源，其生長速度快，僅3～4年便可成材竹材。竹材的工業化利用以造紙、紡織以及纖維增強復合材料為主，利用方式相對單一，且以竹纖維的利用為主，對于竹材中含量占比高的竹薄壁細胞常以廢棄物的形式除去，不僅浪費資源，而且造成嚴重的環境污染。竹材資源豐富，但其利用率低、附加值低，目前，關于竹材在柔性電子領域的應用還尚未被發現。

因此，如果能將竹材應用在柔性電子領域，從而研發一種性能穩定且成本低的柔性電極成為亟待解決的問題。

發明內容

發明要解決的問題

鑒于現有技術中存在的技術問題，例如：目前織物纖維基的柔性電極無法兼具良好的化學穩定性和低成本的問題，本發明首先提供了一種柔性電極。該柔性電極采用竹纖維、竹薄壁細胞作為電極材料，能夠有效控制柔性電極的制作成本，且竹薄壁細胞活化后的比表面積大，使電極具有化學性能穩定的優點。

進一步地，本發明還提供了柔性電容器，其具有比電容高，且機械柔韌性好的優點。

進一步地，本發明還提供了柔性電極的制備方法，該制備方法的原料易于獲得，能夠降低生產成本，且制備步驟簡單。

用于解決問題的方案

本發明首先提供了一種柔性電極，其包括：