[发明专利]纱线状超级电容器及其两电极一步法电沉积制备方法

权利要求书

1.一种纱线状超级电容器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)静电纺丝用纺丝液的制备：

将热塑性聚氨酯（TPU）溶于N-N二甲基甲酰胺溶剂中，热塑性聚氨酯的质量分数为15-25%，室温搅拌12 h以上，得到热塑性聚氨酯纺丝液；

(2)导电碳丝的亲水处理：

在特氟龙内衬的高压釜内，将导电碳丝置于5-10 mol/L的硝酸溶液中进行水热处理，水热温度为90℃-150℃、水热时间为60-180 min；

处理后的导电碳丝用乙醇清洗后，在pH 8-9的条件下在特氟龙内衬的高压釜中进行深度清洗，深度清洗的温度为100℃-250℃，时间为60-180min，然后在70℃烘箱中干燥过夜；

(3)TPU纳米纤维/导电碳丝纱线的制备：

以步骤(2)得到的导电碳丝作为基底，采用步骤(1)制得的热塑性聚氨酯纺丝液进行静电纺丝，制备得到TPU纳米纤维/导电碳丝纱线，该纱线中导电碳丝与TPU纳米纤维的重量比为5：1-2；

(4)纱线状超级电容器制备

将两根5-20 cm相同长度的TPU纳米纤维/导电碳丝纱线以及一根锌线平行塞入PTFE管中，通过注射泵将含有锰元素的电解液浇筑入PTFE管内，采用计时电流法电沉积工艺原位合成负载在导电碳丝表面的MnO₂活性材料，计时电流法的电压选择为1.8-2.5V，电沉积时间为300-6000 s；

反应结束后将锌丝抽出，补充电解液，并用胶水将PTFE管口封住，得到密封的纱线状超级电容器。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中热塑性聚氨酯分子量为10000~50000。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中导电碳丝规格为1K、3K、12K、24K中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中提供弱碱条件的物质为尿素、碳酸钠、氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铜中的一种或几种，浓度为0.01-0.1 mol/L。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中静电纺丝设置的参数为：针尖与收集器中轴线的夹角为60°±5°，针头与收集器的距离为6～8 cm，注射泵以0.7～0.8mL/h的速度推进纺丝液，纺丝过程中以12-17 KV直流高压电，漏斗型收集器转速80-120rpm、卷绕装置速度0.06～0.08 m/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的电解液制备流程为：将电解质在室温条件下溶解于去离子水中，制备得到电解液；电解质为硫酸锰（MnSO₄）以及硫酸锌（ZnSO₄）、氯化锂(LiCl)、硫酸(H₂SO₄)或氢氧化钾(KOH)中的一种或几种，电解质中硫酸锰的浓度为0.1-2 mol/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中PTFE管直径为0.5-10 mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中锌丝的直径为0.3-2 mm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中计时电流法的电压选择为2.2V，电沉积时间为600-1200 s。

10.一种权利要求1所述的制备方法制得的纱线状超级电容器，该储能器件包括导电碳丝集流体、纳米纤维层、活性物质、电解质和封装材料。