[发明专利]一种纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器复合电极材料的制备方法，尤其涉及一种纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料的制备方法，属于超级电容器领域。

背景技术

随着可穿戴电子设备和电子器件的快速发展，对于其能量存储设备的轻量化、高的功率密度、低成本和环境友好等性能的要求也越来越高。超级电容器作为一种新的电化学能量存储设备，凭借其高的功率密度、能量密度和较长的使用周期等优异性能而备受关注。在过去的十几年里，超级电容器的研究朝着超薄、柔性、轻量化等方向发展，使其被认为是智能手表、手机、平板电脑等便携式电子设备能源供应装置的最佳候选者。

电极材料作为超级电容器的重要组成部件之一，其发展趋势也趋于柔性化和轻量化。目前，很多的柔性材料被用来作为电极材料的基板材料，例如石墨烯纸、聚二甲基硅氧烷等。石墨烯作为一种SP2杂化的二维碳材料，具备优异的导电导热、机械性能和较大的比表面积，同样在电极材料显示出较高的竞争力，并已有学者证明了石墨烯作为电极材料在太阳能电池、超级电容器中的应用价值。另外，一些导电聚合物组成的赝电容电极材料，如聚苯胺溶液(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTP)等，凭借制备方法简单、环境稳定和较高的比电容同样引起了研究学者的广泛关注。

纸纤维作为一种廉价、环境友好的有机材料，其表面含有大量的亲水性官能团，如羟基、羧基等，其能够很好地和石墨烯、碳纳米管等碳其他材料通过氢键作用牢牢地结合在一起，同时其优异的柔韧性为其成为可穿戴式储能设备提供了可能。纸纤维素的亲水性使其电极材料和电解液充分接触，并保证了电解液中离子高效、快速扩散，从而进一步提升超级电容器的电化学性能。

然而目前的柔性超级电容器电极材料多为单一的双电层电容碳材料或赝电容材料，在功率密度和能量密度方面存在各自的不足，一定程度上限制了超级电容器的性能，同时其柔性基板多为有机合成树脂，其制备成本高、工艺复杂，影响了柔性超级电容器电极材料的进一步应用。因此开发一种具有材料低廉环保、工艺简单的复合电容电极材料已成为超级带电容器的发展方向。

目前很少有以纸纤维基作为柔性基板材料并同时结合双电层电容和赝电容材料的制备报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料的制备方法，本制备方法制备的纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料的比电容高，且具有较高的柔性，使用寿命长。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以氧化石墨烯、纸纤维为原料制备石墨烯包覆碳纤维，将石墨烯包覆碳纤维分散于水中，制得石墨烯包覆碳纤维分散液；

(2)向步骤(1)制备的石墨烯包覆碳纤维分散液中加入聚苯胺溶液，聚苯胺溶液的质量：氧化石墨烯的质量＝1:1～1:5，超声，制得聚苯胺溶液/石墨烯/纸纤维分散液，所述聚苯胺溶液/石墨烯/纸纤维分散液真空抽滤，洗涤，制得纸纤维基柔性超级电容器复合电极材料。

上述技术方案中，聚苯胺溶液的质量:氧化石墨烯的质量可以为1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.3、1:2.5、1:2.9、1:3、1:3.3、1:3.5、1:3.8、1:4、1:4.2、1:4.5、1:4.7或1:5。

优选的，步骤(1)中，所述石墨烯包覆碳纤维分散液的制备过程为：将所述氧化石墨烯超声分散至水中，制得氧化石墨烯分散液；向所述氧化石墨烯分散液中加入纸纤维，超声，加入还原剂，所述还原剂还原氧化石墨烯，制得石墨烯包覆碳纤维分散液。

优选的，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～4mg/mL，优选为1～3mg/mL，进一步优选为1～2mg/mL。所述氧化石墨烯分散液的浓度可以为0.15mg/mL、0.2mg/mL、0.3mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.7mg/mL、0.8mg/mL、0.9mg/mL、1mg/mL、1.2mg/mL、1.5mg/mL、1.8mg/mL、1.9mg/mL、2.0mg/mL、2.2mg/mL、2.5mg/mL、2.8mg/mL、3.0mg/mL、3.3mg/mL、3.5mg/mL、3.8mg/mL、3.9mg/mL或4mg/mL

优选的，所述还原剂还原氧化石墨烯的反应温度为80～150℃，反应时间为30～120min；

优选的，所述反应温度为100～130℃，进一步优选为110～120℃；