一種低維碳材料薄膜為極片的超級電容器及製備方法與流程

2023-10-24 09:42:52

本發明屬於電容器領域，涉及的是低維碳材料薄膜柔性超級電容器。

背景技術：

超級電容器作為一種新型儲能器件，具有良好的環境友好性，同時其具有壽命長，汙染小，高的比功率，已經廣泛用於交通、消費類電子和國防科技等領域，尤其是輕質柔性電容器是目前新能源領域研究的焦點。超級電容器的儲存機理包括電化學雙電層超級電容器和贗電容電容器，其電極材料分為碳材料、過渡金屬氧化物材料和導電聚合物材料。

低維碳材料（碳納米管、石墨烯）由於高的比表面積、高的結晶度，在超級電容器領域有望得到大規模應用。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種新型的低維碳材料薄膜為極片的超級電容器及其製備方法，以實現簡化超級電容器的製備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述一種低維碳材料薄膜為極片的超級電容器，其結構如下：包括兩層由隔膜隔開的電極材料薄膜，並包括布置在兩層電極材料薄膜之間的電解質以及電極引線。其中，電極材料薄膜為低維碳材料薄膜，隔膜為PVDF膜或者有機膜，電解質為KOH、H2SO4或者固態電解質。

本發明所述是低維碳材料薄膜成膜方法，包括以下步驟。

1）將低維碳材料以100~500 r/min球磨2-10h，成細小密實粉體。

2）取乙醇、去離子水、NMP（N-甲基吡咯烷酮）或丙酮中的一種或幾種作為溶劑，球磨好的低維碳材料為基本材料，加粘結劑和分散劑，按低維碳材料:粘結劑:分散劑按81~96:2~9:2~10質量比調漿，配置成1~5%固含量的懸浮液。

3）以鋁箔或銅箔作為基底，將懸浮液均勻塗覆在表面，控制面積和厚度，烘乾，形成薄膜。

4）以鹽酸、硝酸、硫酸或燒鹼作為腐蝕劑，將基底連同薄膜浸泡於腐蝕劑中10~24h，腐蝕基底，取出薄膜，烘乾。

5）制膜後，在800~1800℃下炭化，再2200~3000℃石墨化，取出壓實，製成低維碳材料薄膜，組織具有一定柔韌性。

本發明所述的低維碳材料包括但不限於：碳納米管、石墨烯、碳納米顆粒、碳納米管無紡布或它們的混合體等。

所述的粘結劑為丁苯橡膠（SBR）、羧甲基纖維素（CMC）或聚偏氟乙烯（PVDF）。

所述的分散劑為十二烷基苯磺鈉（SDBS）或十二烷基硫酸鈉(SDS)中的一種或兩種。

本發明所述的低維碳材料薄膜為極片的超級電容器的製備方法，包括以下步驟：

（1）將低維碳材料薄膜在電解質中浸泡5分鐘到12小時；

（2）將引線粘貼在低維碳材料薄膜材料的外表面；

（3）將整個組裝起來密封封裝得到柔性超級電容器。

本發明提供的柔性超級電容器中採用塗覆，剝離的方法得到低維碳材料薄膜，操作方法簡單，製作成本低，可大規模製備，超級電容器的組裝簡單，為柔性超級電容器的製備提供了一種很好的工藝方法。本發明的超級電容器具有很好的柔性，可用於穿戴電子設備。

具體實施方式

本發明將通過以下實施例作進一步說明。

實施例1。

（1）取碳納米管以300 r/min球磨3h，至細小密實粉體。

（2）以NMP為溶劑，碳納米管（CNTs）為基本材料，按CNTs:PVDF:SDS為91:5:4質量比配置，調節固含量為4%，高速剪切2h，製漿。

（3）選鋁箔為基底材料，取漿液10ml，塗覆成5x8cm2的區域，50℃烘乾，成膜。將鋁箔模塊置於鹽酸溶液中浸泡24h，使基底完全腐蝕，小心取出用大量水清洗，然後晾乾。

（4）制膜後，在800~1600℃下炭化，再2200~3500℃石墨化，取出壓實，組織具有一定柔韌性。

（5）將薄膜裁剪成3×4cm大小，置於1mol/L H2SO4溶液中浸泡1h，按照薄膜/隔膜/薄膜的方式堆疊，在薄膜外表面接出引線，最後封裝。

實施例2。

（1）取10g石墨烯，以NMP為溶劑，按5%固含量配置，超聲12h，製備成分散液。

（2）添加10%石墨烯重量比的(5%CMC+5%SBR)於分散液中，10000 r/min高速剪切5h。

（3）以鋁箔為基底材料，取漿液12ml，塗覆成8x10cm2的區域，70℃烘乾，成膜。

（4）將鋁箔模塊置於鹽酸溶液中浸泡24h，使基底完全腐蝕，小心取出晾乾。

（5）制膜後，在800~1600℃下炭化，再2200~3500℃石墨化，取出壓實，組織具有一定柔韌性。

（6）將薄膜裁剪成3×4cm大小，置於6mol/L KOH溶液中浸泡1h，按照薄膜/隔膜/薄膜的方式堆疊，在薄膜外表面接出引線，最後封裝。