[发明专利]一种柔性超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源器件技术领域，更具体地，涉及一种柔性超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，轻薄化和柔性化是便携式电子产品的重要发展趋势，可折叠或可弯曲的便携式电子产品在不远的将来有可能极大的影响甚至改变人类的生活方式。储能器件是便携式电子产品的核心部件，能否开发出高性能柔性储能器件，如柔性锂离子电池，柔性超级电容器，是柔性电子产品广泛应用的关键之一。在2013年8月份，柔性技术已被外媒评选为2013年全球十大科技进展之一，并且在10月份，LG公司先后宣布已经成功量产柔性显示屏和可弯曲的锂离子电池，由此可见柔性电子产品的时代距我们的生活越来越近。到目前为止，很多种可以实现柔性化的器件都得到了较好的发展，但这些基本上都是平面状的结构，体积较大，不符合集成器件微型化、柔性化的发展道路。相比较而言，线状的结构具有体积小、弯曲性能优越等优点，发展线状的柔性器件对电子产品柔性、及后续的集成的市场化应用有很重要的意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性超级电容器及其制备方法，有效地解决了目前电容器比能量低，常规制备工艺中具有赝电容性能的半导体材料与柔性纤维状基底结合不牢固，无序生长，内阻大，电子传输路径长的问题，极大地提高了电容器的体积比容量和体积比能量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性超级电容器，其特征在于，包括电解质、第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极均由表面覆盖有具有赝电容性能的半导体材料的柔性纤维状基底构成，其中，所述第一电极的一端为螺旋状结构，所述第二电极为线状结构，所述第二电极置于所述第一电极的螺旋状结构中；电解质包覆所述第一电极的螺旋状结构和所述第二电极位于所述第一电极的螺旋状结构中的部分，使所述第一电极和所述第二电极充分结合。

优选地，所述具有赝电容性能的半导体材料为纳米结构的钴酸镍、二氧化锰、氧化镍或四氧化三钴。

优选地，所述柔性纤维状基底为镍丝、钢丝或钛丝。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)选取两根线状柔性纤维状基底，将其中一根的一端弯曲成螺旋状；(2)在步骤(1)得到的螺旋状柔性纤维状基底和线状柔性纤维状基底上覆盖具有赝电容性能的半导体材料，分别作为第一电极和第二电极；(3)将第一电极的螺旋结构和第二电极的一端浸入电解质中，在其表面覆盖一层电解质膜；(4)将第二电极置于第一电极的螺旋结构中；(5)在第一电极的螺旋结构上进一步滴涂上述电解质，使两电极充分结合，干燥以去除电解质中的水分，完成柔性超级电容器的制备。

优选地，所述具有赝电容性能的半导体材料为纳米结构的钴酸镍、二氧化锰、氧化镍或四氧化三钴。

优选地，所述具有赝电容性能的半导体材料为纳米结构的钴酸镍，所述步骤(2)进一步包括如下步骤：(2-1)配制氯化镍、氯化钴、氟化铵和尿素的混合溶液，其中，氯化镍的浓度为0.03～0.12mol/L，氯化钴的浓度为0.06～0.24mol/L，氟化铵的浓度为0～0.45mol/L，尿素的浓度为0.12～0.18mol/L；(2-2)将上述溶液倒入高压釜，将基材放入高压釜，在120～150℃下反应6～12小时；(2-3)取出基材，干燥后退火，得到表面覆盖纳米结构的钴酸镍的第一电极和第二电极；所述基材为步骤(1)得到的螺旋状柔性纤维状基底和线状柔性纤维状基底。

优选地，所述柔性纤维状基底为镍丝、钢丝或钛丝。

优选地，所述电解质为PVA与金属碱性溶液的溶胶。

优选地，所述电解质为PVA-KOH溶胶。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、采用水热反应条件首次将钴酸镍纳米片均匀牢固地长在镍丝表面，在相同体积下大大提高了样品产量，此外，该材料一次性合成，方法简单，反应原料成本低廉，快速，易于推广。

2、采用水热法在镍丝上直接生长钴酸镍，与传统的电极制备方法相比，这种直接生长在导电衬底上的结构不需要添加粘结剂，可以有效减少传输电阻，有利于电解液中的离子与活性材料的接触，减少了充放电过程中形貌易破坏和倍率性差的问题，对提高超级电容器的性能有很大帮助。