[发明专利]一种凯夫拉纳米纤维增强柔性固态线状超级电容器的制备方法

说明书

一种凯夫拉纳米纤维增强柔性固态线状超级电容器的制备方法，本发明涉及超级电容器的制备方法。本发明要解决现有技术存在制备全固态线状超级电容器使用的凝胶机械性能低，通过生成交链聚合物的方法提高凝胶聚合物的机械性能，但力学强度仍然有限并且常以牺牲材料韧性为代价的问题。方法：一、凯夫拉纳米纤维的制备；二、电容器的组装；三、电解质的制备；四、电解质的灌注；五、电容器的干燥。本发明用于一种凯夫拉纳米纤维增强柔性固态线状超级电容器的制备方法。

技术领域

本发明涉及超级电容器的制备方法。

背景技术

与传统锂离子电池相比，超级电容器在功率密度、充放电速率及循环寿命等方面有着得天独厚的优势。而随着更多的便携式产品进入到人们视野，对超级电容器在可穿戴便携储能器件方面有着越来越多的需求。与平行板电容器相比，固态线状超级电容器有着更轻的质量，更小的体积和更好的柔性并且更加安全，可以方面的集成到便携式电子器件之中。

现阶段制备全固态线状超级电容器常采用离子可导凝胶配合传输离子构建电解质关键材料。这要求其离子电导率高、电化学稳定窗口稳定，工作不分解和成形性好。常见的凝胶有聚乙烯醇(PVA)、聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)及聚丙烯腈(PAN)等。但可以发现为了满足更高离子电导率，需要降低共聚物的结晶态和增加分子链柔性，结果常导致凝胶机械性能常常不足(<80MPa)而大大降低电容器的应用范围。现阶常通过生成交链聚合物的方法提高凝胶聚合物的机械性能，常见方法有共聚法、嫁接法等(如偏氟乙烯VDF生成共聚物PVDF)，但力学强度仍然有限并且常以牺牲材料韧性为代价，不能实际解决固态线状超级电容器力学性能差的问题。

由以上可知，现有技术存在制备全固态线状超级电容器使用的凝胶机械性能常常不足(<80MPa)，通过生成交链聚合物的方法提高凝胶聚合物的机械性能，但力学强度仍然有限并且常以牺牲材料韧性为代价。

发明内容

本发明要解决现有技术存在制备全固态线状超级电容器使用的凝胶机械性能低，通过生成交链聚合物的方法提高凝胶聚合物的机械性能，但力学强度仍然有限并且常以牺牲材料韧性为代价的问题，而提供一种凯夫拉纳米纤维增强柔性固态线状超级电容器的制备方法。

一种凯夫拉纳米纤维增强柔性固态线状超级电容器的制备方法是按以下步骤方法进行的：

一、凯夫拉纳米纤维的制备：

取凯夫拉浆粕在真空干燥箱中干燥12h～24h，得到干燥后的凯夫拉纤维，将叔丁醇钾与干燥后的凯夫拉纤维置于二甲基亚砜/甲醇混合液中，磁力搅拌2天～7天，即得到深红色的凯夫拉纳米溶液；

所述的叔丁醇钾与干燥后的凯夫拉纤维的质量比为(0.5～1):1；

所述的叔丁醇钾的质量与二甲基亚砜/甲醇混合液的体积比为(5～15)g:200mL；

所述的二甲基亚砜/甲醇混合液中二甲基亚砜与甲醇的体积比为(20～60):1；

二、电容器的组装：

将两根长度为1cm～30cm的CVD生长碳纳米管纤维穿过两端开口的聚丙烯管，通过夹子将两根CVD生长碳纳米管纤维及聚丙烯管两端平行固定，且两根CVD生长碳纳米管纤维之间边缘的水平距离为50nm～100nm，得到内置CVD生长碳纳米管纤维的聚丙烯管，向内置CVD生长碳纳米管纤维的聚丙烯管中注入深红色的凯夫拉纳米溶液，得到注入凯夫拉纳米溶液的聚丙烯管，然后将注入凯夫拉纳米溶液的聚丙烯管置于去离子水中，反去质子化反应至凯夫拉纳米纤维完全固化，剥离聚丙烯管，得到凯夫拉纳米纤维凝胶，用去离子水清洗凯夫拉纳米纤维凝胶，得到电容器；

所述的聚丙烯管的长度为0.5cm～28cm，直径为1mm～5mm；且CVD生长碳纳米管纤维的长度大于聚丙烯管的长度；

三、电解质的制备：