[发明专利]一种无粘合剂柔性膜电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性膜电极材料及其制备领域，特别涉及一种无粘合剂柔性膜电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器因其具备电池和传统电介质电容器的优势而被广泛研究，同时伴随柔性电子设备的需求逐渐提高，柔性超级电容器逐渐成为研究热点。柔性超级电容器仍沿用超级电容器制备所采用的活性材料，与超级电容器不同的是，柔性超级电容器采用了柔性基底等材料，从而赋予其可弯曲的性能。

碳材料因具有比表面积大、稳定性好和价格便宜的优势而被应用于电化学超级电容器的制备。当前对于碳材料相关的柔性电极的研究主要集中在以织物等柔性材料为基材和薄膜的研究上。以柔性材料为基材可以赋予柔性电极良好的柔性、机械稳定性和电极完整性，但是柔性基材的活性物质负载量较低；薄膜柔性电极除了具有良好的柔性外，也具有一定的机械稳定性和高活性物质含量，但是传统采用粘合剂制备的柔性电极会包裹活性物质从而引起其利用率下降，因而有必要发明一种能够提高活性物质含量以及利用率的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无粘合剂柔性膜电极材料及其制备方法，本发明采用纤维素作为柔性薄膜的来源，具有环保和亲水性好的优点，同时柔性薄膜制备中不采用粘合剂，有利于提高碳材料活性物质的利用率，发挥其最大电容性能。

本发明的一种无粘合剂柔性膜电极材料，所述柔性膜电极材料为碳材料/纤维素柔性复合电极。

本发明的一种如权利要求1所述的无粘合剂柔性膜电极材料的制备方法，包括：

(1)室温条件下，将碳材料与纤维素溶液混合，超声，搅拌，得到碳材料均匀分散的纤维素溶液；

(2)室温条件下，将碳材料均匀分散的纤维素溶液静置成膜，于凝固浴中析出，干燥，得到无粘合剂柔性膜电极材料。

所述步骤(1)中碳材料为碳纳米管或石墨烯纳米片。

所述步骤(1)中碳材料、纤维素溶液的质量比为0.5-1:20-30。

所述步骤(1)中超声时间为0.5-2h。

所述步骤(1)中纤维素溶液具体为：纤维素浆粕于-12℃条件下溶于溶剂中，得到纤维素溶液。

所述纤维素浆粕为4wt％纤维素浆粕，聚合度为200-1000(4wt％纤维素浆粕为：溶剂中纤维素浆粕的含量为4wt％)。

所述溶剂为尿素、氢氧化钠、水的混合溶液，其中尿素质量分数为7～15wt％、氢氧化钠质量分数为5～13wt％、水的质量分数为75～87wt％。

所述步骤(2)中凝固浴为乙醇凝固浴。

本发明采用碳材料(碳纳米管和石墨烯纳米片)为活性材料，采用环保纤维素为成膜材料，利用低温溶解的方法使活性材料和成膜材料相混合，并在室温条件下无粘合剂成膜，固化而成，该方法适用于具有电容储存性能的活性材料；所制备的柔性电极能够展现活性材料的电容特性，具有很好的应用前景。

本发明中纤维素膜以纤维素为原料，其柔韧性好，成膜性好不需要添加粘合剂，且纤维素是自然界中最为丰富的可再生资源，绿色环保。同时，纤维素溶液与碳材料具有较好的混合性，能够很好的保留碳材料的电容性能。

本发明采用纤维素与碳材料共混制备柔性膜电极材料，所制备的复合物除具有电化学性能外，还具有良好柔性和机械稳定性，同时该方法具有操作简单方便以及环保的优点，为柔性超级电容器电极材料的研发开辟出一条新的道路。

本专利着重解决如何制备碳材料柔性复合电极，旨在提高碳活性物质在柔性电极中的含量和利用率，探索出一条简单环保的柔性电极材料的制备方法。

有益效果

本发明采用纤维素作为柔性薄膜的来源，具有环保和亲水性好的优点，同时柔性薄膜制备中不采用粘合剂，有利于提高碳材料活性物质的利用率，发挥其最大电容性能。

附图说明

图1为实例1和实例2的循环伏安曲线测试图；

图2为实例1和实例2的充放电曲线测试图；

图3为实例1和实例2的阻抗图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下列实施例中，碳纳米管购自北京博宇高科新材料技术有限公司，石墨烯纳米片购自昂星科技。其他所用试剂均为分析纯级别，在使用过程中无需进一步提纯。