[发明专利]柔性电极材料及其制备方法和柔性超级电容器

说明书

本发明提供了一种柔性电极材料及其制备方法和柔性超级电容器。选取低熔点共聚酰胺与尼龙6进行同步静电纺丝，得到共聚酰胺/尼龙6复合纳米纤维膜；然后热压处理使得共聚酰胺熔融形成粘结点，得到增强复合纳米纤维膜；最后在增强复合纳米纤维上原位聚合生长聚吡咯，得到柔性电极材料。以此与PVA‑H₃PO₄凝胶电解质进行组装得到柔性超级电容器。本发明通过热压处理，使得共聚酰胺纤维熔融形成粘结点，得到具备多层次立体网络结构的增强复合纳米纤维膜，通过复合聚吡咯赋予其高的电导率。制备得到的柔性超级电容器具有轻薄、柔性好、较高的面电容和能量密度等优点，适于制备柔性穿戴器件。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，尤其涉及一种柔性电极材料及其制备方法和柔性超级电容器。

背景技术

随着电子行业的快速发展，具备便携、可穿戴特点的柔性电子器件正逐渐进入人们的生活，研发与之相匹配的高容量、小体积与具有柔性特点的储能器件成为目前研究的热点。柔性固态超级电容器作为新型储能器件，除了具有高容量、充放电速度快、循环寿命长、安全环保等特点，还具有轻、薄、韧、可弯曲等优势，在新兴的电子智能设备上有着广阔的应用前景。

目前国内外研究者在多种柔性基材上制得了不同形态的柔性固态超级电容器。现有以金属作为电极基底的柔性储能器件虽然具有一定的弯曲性能，但其重量重，穿着不轻便舒适；以塑料膜为基底的柔性储能器件透气性差；以纸作为基底的柔性储能器件，虽然质量较轻，弯曲性能好，但其拉伸性能有限，达不到可穿着电子器件的要求。纳米纤维膜因其具有结构多孔、柔性耐拉伸的特点，能够负载大量的电活性物质，促进电活性物质与电解质的接触，从而提高其电化学性能，被认为是设计制备可穿着储能器件的理想基底材料。

通过静电纺丝技术制备的纤维直径一般为纳米级，极细的纤维具有超高的比表面积，能够赋予材料更高的电荷储蓄能力和吸附能力，在做能源材料上具有很大优势，但单纯的静电纺纳米纤维膜的力学性能及电导率不够理想。

申请号为CN201510371747.2的发明专利公开了一种聚合物导电复合膜及其制备方法，将吡咯单体配置成不同浓度的水或乙醇分散液后，将聚合物中空纤维膜浸没在吡咯单体分散液中，然后加入FeCl₃水溶液进行原位聚合得到所述含聚吡咯导电层的导电复合膜，得到的导电复合膜电阻率最低仍达到60Ω·m，电导率明显较低。

申请号为CN201610545234.3的发明专利公开了一种柔性超级电容器电极材料的制备方法。将聚丙烯腈和二乙酰丙酮镍溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，进行静电纺，制成纳米纺丝纤维后，依次进行预氧化和碳化处理，制得镍掺杂的纳米碳纤维；再以KOH水溶液对镍掺杂的纳米碳纤维进行活化处理，中和、水洗和干燥后，得到柔性超级电容器电极材料。该柔性超级电容器的比电容为233F/g，但力学强度偏低，而且制备过程调控变量较多，制得的柔性超级电容器电极材料的稳定性和重复性较差。

因此如何制备出一种高强度、高比表面积、高电导率的纳米纤维膜柔性电极，从而有效提高电极材料及柔性超级电容器的性能，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种柔性电极材料及其制备方法和柔性超级电容器，通过静电纺丝法制备了共聚酰胺/尼龙6复合纳米纤维膜，并对其进行热压处理，使得共聚酰胺纤维熔融在尼龙6纤维间形成粘结点，从而显著提高了复合纳米纤维膜的强力。以该高比表面积的复合纳米纤维膜作为柔性基材，采用原位聚合法在共聚酰胺/尼龙6复合纳米纤维膜上复合聚吡咯，制备得到柔性电极材料，具有良好的力学强度及电导率。以该柔性电极材料为电极制备的柔性超级电容器具有轻薄、柔性好、较高的面电容和能量密度等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.配制静电纺丝液：选取熔点低于尼龙6的共聚酰胺，分别配制成共聚酰胺纺丝液和尼龙6纺丝液；