[发明专利]一种轻质柔性中空复合超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质柔性中空复合超级电容器电极材料的制备方法，包括：将含有单壁碳纳米管的2‑乙酸酯基‑丙烯酸铵‑丙烯腈共聚物溶液作为同轴静电纺的皮层溶液；将聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯丙烯腈共聚物溶液作为同轴静电纺的芯层溶液；进行同轴静电纺，得到亚微米纤维，经预氧化，碳化，得到含碳纳米管的亚微米中空碳纤维；与苯胺原位聚合，经真空过滤、洗涤、真空干燥即得。本发明操作简单，不需要复杂设备，适合规模化生产；制备的复合电极材料具有自支撑、轻质、柔性、电化学性能和循环稳定性优良的特点，无需集流体、胶导电添加剂、胶粘剂，直接用作超级电容器电极材料，扩展了超级电容器在便携电子产品和智能服装的应用。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，特别涉及一种轻质柔性中空复合超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源消耗加速，环境污染日趋严重，开发清洁高效、可再生能源及新的能量储存与转换技术是目前研究的热点。超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、循环寿命长、充放电速率快、绿色环保等优点，在国防军工、交通运输、能源、电子信息等领域具有广阔的应用前景。

根据储能机理的不同，超级电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量，其电极通常为高比表面积和高电导率的碳材料，常用的碳电极材料主要有介孔碳、多级孔碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维，研究发现碳电极材料虽然功率密度高，但比电容和能量密度较小。法拉第赝电容器是利用快速可逆的化学吸附/脱附和氧化还原反应来存储能量，其电极材料主要分为金属氧化物和导电聚合物两大类，具有较高的比电容和能量密度，但存在循环稳定性差和功率密度小的缺点。如何将高功率密度、高循环稳定的碳材料与高比电容的金属氧化物或导电聚合物结合，制备循环稳定性优良、高能量密度、高功率密度新型复合电极材料是研究的热点。碳纳米材料比表面积大、电化学稳定性优良、导电性高，而聚苯胺比电容高(理论比电容为2000F/g)、导电性高、合成简便、成本低廉、化学稳定性好，因此近年来碳纳米材料/聚苯胺复合电极材料引起了科学家们的广泛兴趣。中国专利CN104465121A，CN106449146A，CN102568848A公开了电化学方法制备氧化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的方法，电化学方法条件苛刻，大规模化生产困难，同时氧化石墨烯存在导电性差，需要集流体或导电添加剂作为电极材料。中国专利CN101527202A，CN106710892A公开了氧化原位聚合法制备石墨烯/聚苯胺复合电极材料的方法，需要添加胶粘剂、导电剂，然后压制在集流体上作为电极材料。中国专利CN102093712A公开了液相火焰法制备螺旋碳纳米纤维，然后氧化剂引发苯胺聚合制备螺旋碳纳米纤维/聚苯胺复合电极材料。中国专利公开了CN105679554A公开了静电纺制备煤基碳纳米纤维，然后氧化聚合法聚合苯胺制备针状聚苯胺/煤基碳纳米纤维柔性超级电容器电极材料。静电纺丝设备、工艺操作简单，可以实现规模化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质柔性中空复合超级电容器电极材料的制备方法，该方法操作简单，不需要复杂设备，适合规模化生产；制备的复合电极材料具有自支撑、轻质、柔性、电化学性能和循环稳定性优良的特点，无需集流体、胶导电添加剂、胶粘剂，直接用作超级电容器电极材料，扩展了超级电容器在便携电子产品和智能服装的应用。

本发明的一种轻质柔性中空复合超级电容器电极材料的制备方法，包括：

(1)将单壁碳纳米管加入溶剂中，超声分散，然后加入的2-乙酸酯基-丙烯酸铵-丙烯腈共聚物，搅拌溶解，得到同轴静电纺的皮层溶液；将聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯丙烯腈共聚物加入溶剂中，搅拌溶解，得到同轴静电纺的芯层溶液；其中皮层溶液中单壁碳纳米管的质量分数为1～5％，2-乙酸酯基-丙烯酸铵-丙烯腈共聚物的质量分数为15～21％；芯层溶液中的聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯丙烯腈共聚物的质量分数为26～32％；