[发明专利]一种柔性固态非对称超级电容器件及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种柔性固态非对称超级电容器件及其制备方法与应用。本发明超级电容器件正极材料为以柔性碳布为基底的氧缺陷型NiCo₂O₄纳米线阵列材料；负极材料为三维介孔石墨烯纳米材料；固态电解液为聚乙烯醇/氯化锂凝胶。本发明方法通过设定水热反应的温度和时间，从而在柔性碳布基底上生长出均匀的NCO纳米线阵列；通过设定热还原的温度和时间，在NCO纳米材料表面引入氧空位。另一方面，通过控制3DPG纳米材料的生长因素，制备了柔性固态非对称超级电容器件的负极材料。本发明超级电容器件具有高能量密度、高功率密度和长寿命等优点，在能源储存方面具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学能量存储技术领域，具体涉及一种柔性固态非对称超级电容器件及其制备方法与应用。

背景技术

能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。因此，实现新能源的深度开发和高效利用，发展高比能量、清洁、安全的化学电源体系成为社会发展的重要需求。

超级电容器被认为是性能介乎于传统电容器与电池之间的一种高效、实用的能量存储装置。此外超级电容器还有着快速充放电、超长使用寿命、绿色环保、可在较宽的温度范围进行工作等优点，拥有巨大的应用前景。由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重尤其是在大、中城市，空气中固体微粒增多，对人体造成很大的影响，人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国特别是西方发达国家都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发，然而如何大规模低成本地制备出电容性能好且具有稳定循环性能的超级电容器却成为限制超级电容器发展的主要原因。

与其他材料相比，NiCo₂O₄(NCO)材料不但具有较高的理论电容，而且资源丰富，价格低廉，环境友好，因而是一种极具发展潜力的高性能电极材料。然而，由于它的弱电导性，导致其倍率性能、能量密度及功率密度偏低和稳定性较差，严重制约着它在高性能超级电容器中的广泛应用。为了改善这一特点，近年来，在材料的形貌结构上做了大量的探索。如片状、纳米花状、颗粒状等。尽管长时间的探索电极材料的电容性能得到了较大的提升，但其本征弱的导电性依然没有得到根本上的解决。因此，发展一种简单高效、耗能低的NCO纳米材料的制备方法并从本质上提高其导电能力及储能性能具有重要意义。此外，现有的柔性可弯曲电容器面临着能量密度低以及制造工艺复杂，限制了其实际应用。因此，怎样提高现有的超级电容器的能量密度同时简化其制造工艺是目前的关键任务。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种柔性固态非对称超级电容器件。

本发明的另一目的在于提供上述柔性固态非对称超级电容器件的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述柔性固态非对称超级电容器件的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种柔性固态非对称超级电容器件，包括正极材料、负极材料和固态电解液；所述正极材料为以柔性碳布为基底的氧缺陷型NiCo₂O₄(NCO_x)纳米线阵列材料；所述负极材料为以柔性碳布为基底的三维介孔石墨烯(3DPG)纳米材料；所述固态电解液为聚乙烯醇/氯化锂(PVA/LiCl)凝胶。

所述的以柔性碳布为基底的NCO_x纳米线阵列材料通过如下方法制备得到：