[发明专利]一种高堆积密度柔性电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高堆积密度柔性电极材料的制备方法，包括：(1)将单壁碳纳米管SWCNTs和PEDOT:PSS在去离子水中经机械搅拌和超声处理，得到均匀的分散液；(2)将CuHCF纳米颗粒超声分散在去离子水中，得到CuHCF溶液；(3)将步骤(1)中的分散液和步骤(2)中的CuHCF溶液混合搅拌，然后真空抽滤，得到高堆积密度柔性电极材料。本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；所制得的电极材料具有高的堆积密度和高体积能量密度，同时具有很好的柔性、很高的力学性能和良好的亲水性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种高堆积密度柔性电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，可穿戴电子设备蓬勃发展，而目前商业化的电池、电容器等储能元件很难满足可穿戴电子的需求，成为制约其进一步发展的主要因素之一。可穿戴电子设备需要一种高柔性、高能量密度、高循环稳定性、高安全性的储能元件。随着研究的进一步发展，研究人员越来越意识到体积能量密度对随身储能系统的重要性。(Yury Gogotsi et al,Nature2014,516(7529),78-81)也就是说，希望可穿戴电源可以在尽可能小的空间中储存尽可能多的能量。提高器件的体积能量密度主要通过提高电极材料的体积比电容来实现，这就需要电极材料具有较高的堆积密度。目前来说，高的堆积密度主要通过对纳米材料进行高压处理以及二维材料层层自组装等方法来实现。

SWCNTs作为一种一维的碳纳米材料，具有电导率高，机械性能好等特点，被广泛应用于柔性电极材料的制备。然而SWCNTs难以在水中分散，通常需要使用表面活性剂辅助分散，材料成型后再将其洗掉。另一方面，由于其蓬松的结构，碳纳米材料一般具有较小的堆积密度，因此如何在保持其柔性的前提下实现较高的堆积密度仍需进一步的探索。PEDOT:PSS是一种高导电性导电聚合物，在电化学领域发挥了重要作用。(Lili Zhang et al,Chemical Society Reviews 2009,38,2520-2531)单纯的PEDOT导电性和电容性均优于PEDOT:PSS，加入PSS后改善了PEDOT在水中的分散性，同时导致其电化学性能有所下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高堆积密度柔性电极材料的制备方法，该方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；所制得的电极材料具有高的堆积密度和高体积能量密度，同时具有很好的柔性、很高的力学性能和良好的亲水性，具有良好的应用前景。

本发明的一种高堆积密度柔性电极材料的制备方法，包括：

(1)将单壁碳纳米管SWCNTs和PEDOT:PSS按质量比5:1～1:2在去离子水中经机械搅拌和超声处理，得到均匀的分散液；

(2)将CuHCF纳米颗粒超声分散在去离子水中，得到CuHCF溶液；

(3)将步骤(1)中的分散液和步骤(2)中的CuHCF溶液混合搅拌，然后真空抽滤，得到高堆积密度柔性电极材料；其中，CuHCF纳米颗粒与SWCNTs的质量比为15:1～0.5:1。

所述步骤(1)中的机械搅拌和超声分散的时间均为30～150分钟。

所述步骤(1)中的单壁碳纳米管SWCNTs在去离子水中的浓度为0.1～2mg/ml。

所述步骤(2)中的CuHCF纳米颗粒的粒径为20～60nm。

所述步骤(2)中的超声分散的时间为10～150分钟。

所述步骤(3)中的搅拌时间为30～150分钟。

本发明通过将SWCNTs、PEDOT:PSS和CuHCF纳米颗粒进行简单的机械混合，利用三者间的协同作用，在不添加表面活性剂的情况下，得到均一的分散液。进而通过真空抽滤制备高堆积密度、柔性薄膜状电极材料，无后续的高压压实处理过程。