[发明专利]一种碳纳米管纱线柔韧超级电容器复合电极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，具体为一种碳纳米管纱线柔韧超级电容器复合电极材料制备方法。

背景技术

超级电容器具有功率密度高，充放电速率快，循环寿命达万次以上，工作温度范围宽等优点。在汽车、国防科技、航空航天及家用电器等消费型电子产品行业已得到了广泛应用，已成为世界各国研究的热点。在超级电容器的研究和开发中，如何提高超级电容器的电容含量、能量密度及功率密度是重要的研究课题，而高性能电极材料的开发是解决这一问题的关键技术。

目前，碳材料由于具有良好的电学性能、机械性能、抗腐蚀性、化学及高温稳定性等诸多优势，是超级电容器理想的电极材料之一。碳纳米管的管径一般为几纳米到几十纳米，长度在几微米至几十微米，其比表面积大、导电性好，是超级电容器的理想电极材料。但单纯使用碳纳米管作为超级电容器电极材料，其电容容量和能量密度有限，常需将碳纳米管与其他鹰电材料如过渡态金属氧化物复合制备成复合电极材料，来提高组装的超级电容器器件电容容量、能量密度和稳定性等。

柔性超级电容器可在日用电子产品、国防等领域具有重要的应用价值，制备性能优异的柔性超级电容器仍然是当前的研究中一项重要的挑战，柔性电极材料是制约柔性超级电容器的最为重要因素。一般采用自制撑的碳纸或者碳布作为柔性电极材料来制备柔性超级电容器，但这些柔性超级电容器常为二维或三维，并不能有效纺织在普通可穿戴生活用品中。碳纳米管纱线在形态上是一维线性，且机械性能、导电性能和化学稳定性能很好，是制备线性柔韧超级电容器理想的电极材料。遗憾的是，单纯使用碳纳米管纱线材料，由于其储存机理的限制，其储存的含量仍然不高。

发明内容

本发明为克服常规线性柔韧超级电容器电容容量低，能量密度及功率密度不理想以及机械稳定性差等的问题，提供一种碳纳米管纱线基柔韧线性超级电容器复合电极材料的制备方法，具有应用前景广阔、机械性能优异和工艺绿色环保的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种碳纳米管纱线柔韧超级电容器复合电极材料制备方法，包括以下步骤：

第一步、碳纳米管纱线的纺织法制备：过化学气相沉积制备的碳纳米管阵列，采用纺织设备控制转速为1000～5000rpm条件下，通过电机从阵列碳纳米管中抽拉出碳纳米管并旋转加捻后纺织得到直径为20～50μm碳纳米管纱线；

第二步、电极材料粗产品的电镀法复合制备：采用三电极电镀法，以第一步所得的碳纳米管纱线作为阴极，Ag/AgCl为参比电极，金属铂为对比电极，在含有过渡态金属盐的电镀液中进行电镀得到电极材料的粗产品；

第三步、电极材料的加热提纯处理：在第二步电极材料粗产品的电镀法复合制备完后，将第二步所得的第二步电极材料粗产品在150～250℃条件下加热10～60min，即可得到最终的碳纳米管负载过渡态金属氧化物复合电极材料。

优选地，第一步所述碳纳米管阵列为化学气相沉积制的多壁碳纳米管，所述碳纳米管阵列中单个碳纳米管长度为250～400μm，直径为10～30nm。

优选地，第二步所述三电极电镀法为恒电位电镀，电镀的电压为～0.5～2.0V；电镀时间为5～500s；电镀液为含金属钠盐及过渡态金属盐的水溶液。

优选地，所述电镀液所含的金属钠盐为NaNO₃、Na₂SO₄、NaCl等中的一种或多种。

优选地，所述电镀液中所含过渡态金属盐为Co(NO₃)₂、CoSO₄、Co(CH₃COO)₂及他们水合物中的一种或多种，此时附着在碳纳米管负载过渡态金属氧化物复合电极材料的负载过渡态金属氧化物为Co₃O₄纳米颗粒。

优选地，所述电镀液中所含的过渡态金属盐为Ni(NO₃)₂、NiSO₄、Ni(CH₃COO)₂及他们的水合物中的一种或多种，此时附着在碳纳米管负载过渡态金属氧化物复合电极材料的负载过渡态金属氧化物为NiO纳米颗粒。