[发明专利]一种连续印刷制备超级电容器的方法

摘要

一种连续印刷制备超级电容器的方法，利用印刷法连续将电极材料、隔膜和电解质溶液按特定顺序依次连续沉积到基底的表面，形成具有不同结构的超级电容器，电极材料为碳材料、导电高分子或金属氧化物等；隔膜材料为不导电的纳米纤维；电解质为准固态的聚合物电解质；超级电容器的电极材料和隔膜的尺寸、形状和集成方式通过设计挡板的形状来实现；超级电容器集成的基底为塑料、纸、玻璃、布等。本发明的优点是：制备方法简单、可设计性强、适用性广，制备的超级电容器轻薄并具有良好的电化学性能，在集成电路、柔性可穿戴电子器件、绿色能源、航空航天以及国防科技等领域有着广泛的应用前景，并且有望实现工业化生产。

主权项

1.一种连续印刷制备超级电容器的方法，其特征在于步骤如下：1)电极材料薄膜的制备将均匀分散在溶剂中的电极材料，经过挡板I印刷到基底上，通过在室温‑200℃范围调节基底的温度，使溶剂快速挥发，在基底上得到电极材料薄膜；所述电极材料为活性炭、碳纳米管、石墨烯、MnO2、RuO2、Co3O4、V2O5、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、联多苯和聚苯乙炔中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述基底为玻璃、木板、纤维布、纸或塑料，基底的形状为平面或曲面；电极材料薄膜的厚度为0.05‑500μm；电极材料薄膜的形状与挡板I的形状相同，通过调节挡板的形状，实现超级电容器的串并联的集成，得到设计形状的超级电容器；2)电极材料薄膜上隔膜的制备将分散好的纳米纤维溶液，利用印刷法，经过挡板II印刷在电极材料薄膜的表面，待溶剂挥发后形成纤维膜，作为超级电容器的隔膜，挡板II的长度和宽度边缘比挡板I大2‑5mm，以保证纳米纤维隔膜完全覆盖在电极材料的表面，防止短路的发生；隔膜的尺寸与挡板II的尺寸相同，通过调控挡板的尺寸改变隔膜的大小，当隔膜面积一定时，相同的印刷时间，纳米纤维溶液浓度越大，隔膜越厚；相同的纳米纤维溶液浓度，印刷时间越长，隔膜越厚；所述纳米纤维溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、N，N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯亚砜、石油醚、环己烷二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、环己酮、乙醚、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、吡啶或N－甲基吡咯烷酮，纳米纤维溶液的浓度为0.02‑10wt％，印刷时间为10s‑300min，隔膜的厚度为0.05‑500μm；3)超级电容器的组装在已经印刷好隔膜的电极材料薄膜上，继续用印刷法制备超级电容器的另一个电极，与步骤1的方法相同，将均匀分散在溶剂中的电极材料，经过与挡板I印刷到基底的隔膜上，通过在室温‑200℃范围调节基底的温度，使溶剂快速挥发，在基底上制得电极材料的薄膜；当在垂直基底方向实现多个超级电容器的集成时，需要重复上述印刷的方法印刷所需更多层的电极和隔膜层，只是挡板上引线的位置根据需要进行调节；所述电极和隔膜层交替堆叠，具体层数根据实际需要来决定；电极和隔膜制备完成后，将聚合物电解质的水溶液通过与上述相同的印刷方式加到电极材料和隔膜层上，在室温‑90℃下挥发电解质中多余的水分，完成超级电容器的组装；所述聚合物电解质水溶液是由电解质KOH、NaOH、LiOH、H2SO4、H3PO4、K2SO4、Na2SO4、Li2SO4、KCl、NaCl或LiCl中的任意一种和聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷或明胶中的任意一种组成的任意比例的混合物与水配置的水溶液，聚合物电解质水溶液的浓度为2‑30wt％；在整个组装过程中，超级电容器的电极材料、隔膜、电解质全部是利用相同的印刷方法集成到一起的，制备过程连续可控。