本發(fā)明涉及包含纖維素基材料的功能復(fù)合材料的制備以及該復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)。

纖維素基功能復(fù)合材料包括電功能化結(jié)構(gòu)，例如儲(chǔ)能裝置。

背景技術(shù)：

wo2010/134868a1公開(kāi)了一種生產(chǎn)具有增強(qiáng)的機(jī)械性能的纖維素基紙的方法。該方法包括提供在低濃度下良好分散的改性纖維素的懸浮液。該紙的性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)使其適用于體內(nèi)應(yīng)用，例如植入材料。

wo2012/049198a1公開(kāi)了一種用于生產(chǎn)表面涂覆的載體材料的方法，其中該方法包括使載體材料與納米纖維素的水分散液接觸。表面涂覆的載體材料可以用于復(fù)合材料中。

wo2014/087053a1公開(kāi)了包括與聚合物混合的納米纖維素材料的納米纖維復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在復(fù)合材料和電功能化結(jié)構(gòu)如儲(chǔ)能裝置中利用纖維素基材料的新技術(shù)。

本發(fā)明的目的通過(guò)高稠度原纖化纖維素和至少一種功能添加劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。將高稠度混合物處理成具有形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后烘干或自然干燥。

本發(fā)明提供了一種在復(fù)合材料和電功能化結(jié)構(gòu)如儲(chǔ)能裝置中利用纖維素基材料的新技術(shù)。

根據(jù)實(shí)施方式，本發(fā)明提供了節(jié)能的新方法。由某些實(shí)施方式提供的其他優(yōu)點(diǎn)包括更容易制備，并使得結(jié)構(gòu)有新的形狀和尺寸。

因此，這種混合物和方法也可用于制備具有新特征的新結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，借助于實(shí)施方式并參考以下附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的一種方法；和

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的一種方法。

具體實(shí)施方式

盡管實(shí)施方式可應(yīng)用于多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域并且可以用于制備各種不同的制品和部件，我們將通過(guò)一些具體實(shí)施例來(lái)舉例說(shuō)明實(shí)施方式。

圖1描述了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的一種用于制備超級(jí)電容器的方法。根據(jù)圖1，步驟11包括制備高稠度原纖化纖維素。用語(yǔ)“高稠度”是指干固體稠度大于20％。原纖化纖維素包括微纖化纖維素和/或納纖化纖維素。原纖化纖維素可以，例如，使用本說(shuō)明書后面更詳細(xì)描述的方法來(lái)制備。在步驟12中，高稠度原纖化纖維素與至少一種添加劑混合。在該實(shí)施方式中，添加劑包括石墨和石墨烯顆粒?；旌衔锇炼?0％重量的水和至少20％重量的干固體。干固體包括：

占干固體重量10-70％的原纖化纖維素

占干固體重量30-90％的碳基顆粒

占干固體重量0-50％的其他添加劑

碳基顆粒重量的至少20％，例如30-90％是石墨和/或石墨烯微顆粒。

因此，優(yōu)選地，在方法的第一步11中制備高稠度纖維素，然后進(jìn)行第二，分離步驟12，在此加入添加劑并與纖維素混合。

可能的其它添加劑包括可以提供或促進(jìn)碳和纖維材料之間的電性能和/或結(jié)合的添加劑。

該混合物是凝膠形式并且容易成型。重要的是，本發(fā)明還涉及具有上述高稠度的凝膠形式的混合物。

在步驟13中，混合物被壓制或軋制成片材。

步驟14是可選的。在步驟14中，為了降低含水量，將片材部分干燥。例如，當(dāng)片材與不能承受濕氣的另一種材料層層疊時(shí)。

在步驟15中，片材與其它層層疊，例如與電解質(zhì)層和第二電極層層疊。在這種情況下，片材形成第一電極的基本結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)還可以包括由至少一種添加劑和原纖化纖維材料制成的至少一個(gè)隔離層。

如果需要，在步驟16中，進(jìn)行產(chǎn)品的最終干燥。因此，這一步也是可選的。

在步驟17中，制備電極的電觸頭。這可以，例如，通過(guò)印制或通過(guò)添加導(dǎo)電箔，例如金屬箔來(lái)完成。例如，可以使用導(dǎo)電粘合劑來(lái)改善導(dǎo)電箔和電極之間的電接觸。

在步驟18中，表層表面化后超級(jí)電容器完成。這可以，例如，通過(guò)在塑料箔或金屬箔中的包封來(lái)完成。

圖2描述了一種用于制備剛性三維電極結(jié)構(gòu)的方法。該結(jié)構(gòu)可以隨后用其他層，例如通過(guò)噴涂或涂裝進(jìn)行表面化。例如，三維結(jié)構(gòu)可以形成車輛的一部分。例如，它可以用作汽車或房屋中的屋頂結(jié)構(gòu)或形成用于太陽(yáng)能電池板的支撐結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，步驟21包括制備如圖1描述的高稠度原纖化纖維素。

在步驟22中，將高稠度原纖化纖維素與至少一種添加劑混合。在該實(shí)施例中，添加劑包括石墨和石墨烯顆粒。該混合物包含至多80％重量的水和至少20％重量的干固體。干固體包含：

占干固體重量10-70％的原纖化纖維素；

占干固體重量30-90％的碳基顆粒；

占干固體重量1-50％的其他添加劑。

因此，優(yōu)選地在方法的第一步11中制備高稠度纖維素，然后進(jìn)行第二，分離步驟22，在此加入添加劑并與纖維素混合。

其他添加劑的至少一種是能與纖維素纖維和碳基顆粒結(jié)合的聚合物。

在本實(shí)施例中，碳基顆粒重量的至少20％，例如30-90％是石墨和/或石墨烯顆粒。

可能的其它添加劑包括可以提供或促進(jìn)碳和纖維材料之間的電性能和/或結(jié)合的添加劑。

該混合物是凝膠形式并容易成型。重要的是，本發(fā)明還涉及具有上述高稠度的凝膠形式的混合物。

在步驟23中，將混合物成型至最終形狀。

在步驟24中，將模具干燥至所需剛度的結(jié)構(gòu)。

上述步驟23和24是可選的，混合物可以獲得初步形狀，然后干燥。在待制備的物體具有足夠的硬度之后，可以機(jī)械加工成最終形狀。此外，可以將表面層，例如碳和纖維材料的膜，附著或施加到所制成的物體的表面。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法包括：

·獲得包含固體和水的混合物，混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種功能添加劑，其中纖維素的至少一部分是原纖化纖維素；

·處理具有至少20重量％的固體含量的混合物形成具有形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)；和

·降低混合物的含水量，來(lái)固化形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，該方法的特征在于

·所獲得的混合物為凝膠形式，獲得混合物的步驟包括：

ο制備(11；21)包括原纖化纖維素和水的混合物，使得混合物的固體含量為混合物重量至少20％的步驟；和

ο混合(12；22)從制備步驟(11；21)獲得的混合物與至少一種添加劑，從而獲得凝膠形式的混合物的步驟，凝膠的固體含量為凝膠重量的至少20％；和

·使用凝膠作為處理步驟中的所述混合物來(lái)形成具有該形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

實(shí)施方式為纖維素基的儲(chǔ)能裝置，例如用于柔性和耐磨裝置的超級(jí)電容器(以下稱為sc)，提供了新的解決方案。使用納米纖維素作為sc分離材料和用作電極材料的粘合劑，從而可以以簡(jiǎn)單和低成本的方式制備sc。此外，它具有諸如內(nèi)部損耗低的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗梢栽陔姌O和隔離層之間產(chǎn)生最佳的接觸。包含原纖化纖維素的材料也是輕質(zhì)材料，這意味著制備的sc的重量輕。這對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用以及用于車輛是有益的。

實(shí)施方式為用于柔性和耐磨裝置的纖維素基的儲(chǔ)能裝置提供了新的解決方案。以前的實(shí)施方式是通過(guò)層壓或過(guò)濾隔離層來(lái)制備的。實(shí)施方式為制備具有最佳的電極和隔離層之間接觸的超級(jí)電容器和電池結(jié)構(gòu)提供了更有效的方法。由于高的固體含量大于25％，用包含原纖化纖維素的材料，例如酶處理的纖維素進(jìn)行制備是簡(jiǎn)單的，低成本的。

一些先前的方法中，導(dǎo)電層過(guò)濾在納米纖維素片上。該工序耗時(shí)，并且需要過(guò)多的干燥能。sc結(jié)構(gòu)中的層通過(guò)層壓組合。

超級(jí)電容器是用于柔性和耐磨裝置的有吸引力的儲(chǔ)能裝置。這種裝置的快速發(fā)展促進(jìn)了柔性和輕量化能源的需求。sc具有高功率特性，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)需維護(hù)或更換。為了成功制備高性能柔性超級(jí)電容器，考慮不同材料的物理柔性，電化學(xué)性能和機(jī)械一體化等方面是很好的。纖維是良好的sc基材，因?yàn)樗鼈兪侨嵝缘牟⑶铱梢耘c導(dǎo)電材料如碳納米管(cnt)和活性炭一體化。

當(dāng)需要更強(qiáng)的纖維結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用納米纖維來(lái)制備具有優(yōu)異機(jī)械性能的結(jié)構(gòu)。低稠度懸浮液的納米纖維素可能阻礙生產(chǎn)技術(shù)和商業(yè)化進(jìn)程，因?yàn)槟ねㄟ^(guò)懸浮液蒸發(fā)水而形成的，緊密結(jié)合的水難以去除?？梢允褂妹钙茐睦w維結(jié)構(gòu)來(lái)制備納米纖維素類似材料。在該方法中，使用更高的固體含量，意味著較少的水需要被蒸發(fā)。相比于2％的納米纖維素懸浮液的固體，可以使用高達(dá)35％的固體。酶基原纖化纖維素可以通過(guò)紙漿模塑技術(shù)直接形成所需形狀。通過(guò)酶處理的納米纖維制備的薄膜可以實(shí)現(xiàn)，使用例如，連續(xù)的輥將薄膜薄化到期望的厚度，然后適度干燥。通過(guò)使用酶處理來(lái)制備納米纖維素類似材料，制備工藝較簡(jiǎn)單。

如果使用固體電解質(zhì)，則制備的電源結(jié)構(gòu)也可以是剛性的。在這種情況下，它們也可以用作，例如，汽車中的結(jié)構(gòu)元件，其中它們可以，例如，一體地安裝在汽車頂內(nèi)。

2013年12月18日提交的芬蘭專利申請(qǐng)?zhí)?0136282中描述了一種制備原纖化纖維素的方法，在提交本發(fā)明的第一申請(qǐng)時(shí)，該方法是未公開(kāi)的。芬蘭專利申請(qǐng)?zhí)?0136282的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。該方法也在下面討論。

該方法基于某些纖維素酶松散和原纖化纖維素結(jié)構(gòu)的能力并使用特定的酶混合物，其促進(jìn)原纖化活性而不是纖維素水解。所需的原纖化纖維素通過(guò)酶混合物來(lái)制備，所述酶混合物主要包括纖維二糖水解酶、內(nèi)切葡聚糖酶，并且還可以包含其它酶活性物質(zhì)，例如β-葡糖苷酶或半纖維素酶。

這些酶優(yōu)選以使纖維素降解最小化，但加速原纖化纖維素制備的比例來(lái)使用。選擇具有不同熱穩(wěn)定性的酶并通過(guò)工藝溫度控制它們的活性，有利于該作用。優(yōu)選通過(guò)同時(shí)進(jìn)行酶和機(jī)械處理來(lái)實(shí)現(xiàn)纖維素纖維的松散。

該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：與現(xiàn)有方法相比，處理后的產(chǎn)品具有較低的含水量(60-80％)，而現(xiàn)有方法中，生產(chǎn)的納米纖維的水分含量為97-99％。因此，該材料可用于不能耐受與原纖化纖維素結(jié)合的大量水的實(shí)施方式中。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括以改進(jìn)且節(jié)能的方式生產(chǎn)原纖化纖維素，該方法包括纖維素原料的酶原纖化并機(jī)械地增強(qiáng)原纖化。

用語(yǔ)“原纖化纖維素”在此旨在涵蓋所有原纖化纖維素材料，其典型的最小橫向尺寸為5-20納米，縱向尺寸為10納米至幾微米甚至高達(dá)100μm。

作為原料漿，可以使用未漂白的漿或不同來(lái)源的天然生物質(zhì)(例如木材，一年生植物，作物殘茬)。漿材料可以是，例如，漂白松木漿。特別地，使用“漿料”，其在此意圖表示原料，例如，木漿，包括在水分散液中處理的纖維素纖維。漿料的起始稠度優(yōu)選高于10％，例如高于15重量％。漿料稠度可能甚至超過(guò)30％。原料即漿料或生物質(zhì)也可以是研磨形式。

在現(xiàn)有技術(shù)中，原纖化通常通過(guò)研磨或高壓均化進(jìn)行，可以借助化學(xué)預(yù)處理，如強(qiáng)酸水解或化學(xué)氧化來(lái)進(jìn)行。在本方法中，可以與低能混合結(jié)合使用酶原纖化，即包括纖維的至少一種酶處理的方法。合適的機(jī)械裝置包括能夠以高稠度充分混合，而不會(huì)對(duì)纖維產(chǎn)生過(guò)高剪切或切割作用的任何設(shè)備。這些裝置包括，例如，混合器，攪拌器，擠出機(jī)或捏合機(jī)。可以通過(guò)機(jī)械處理增強(qiáng)酶原纖化從而進(jìn)一步分解纖維，該機(jī)械處理，例如，可以通過(guò)使用均化器，研磨機(jī)或流化床進(jìn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)中使用的同時(shí)法相比，機(jī)械處理和酶處理的組合使得原纖化纖維素的生產(chǎn)方法更有效。效率的提高是由于這種聯(lián)合處理的協(xié)同效應(yīng)。在高稠度條件下與酶處理結(jié)合進(jìn)行的機(jī)械處理打開(kāi)和解開(kāi)纖維細(xì)胞壁，從而使得酶更容易進(jìn)入纖維基質(zhì)。然后酶攻擊未覆蓋的纖維表面，并進(jìn)一步分解纖維結(jié)構(gòu)。由于聯(lián)合處理，酶更徹底和均勻地分布在整個(gè)漿液中，并且它們找到更合適的附著位置，從而使原纖化更高效。高稠度促進(jìn)了溫和的纖維-纖維摩擦，其增強(qiáng)了處理的原纖化作用。由于酶處理使纖維松散，因此可以以較軟的方式和較溫和的反應(yīng)條件進(jìn)行機(jī)械處理。

該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是原纖化纖維素通過(guò)使用低能需求的機(jī)械混合器進(jìn)行酶法，即溫和地生產(chǎn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以以期望和可控的方式增強(qiáng)原纖化，而無(wú)過(guò)高的降解，從而生產(chǎn)質(zhì)量可控的原纖化材料。酶的使用使得與所生產(chǎn)的原纖化材料相比，纖維素降解盡可能低。制備成最終產(chǎn)品的糖也可進(jìn)一步利用。研究人員表明，這些糖可以通過(guò)普通酵母發(fā)酵成，例如，乙醇。

在該方法中，原纖化通過(guò)主要具有纖維二糖水解酶(cbh)活性和低內(nèi)切葡聚糖酶(eg)活性的酶混合物進(jìn)行，其中內(nèi)切葡聚糖酶活性非常低，但足以產(chǎn)生cbh作用的新鏈端。此外，優(yōu)選使用以下酶混合物和反應(yīng)條件，其中纖維二糖水解酶活性比內(nèi)切葡聚糖酶活性熱穩(wěn)定性更高。酶混合物可以任選地包含促進(jìn)的碳水化合物活性酶，例如β-葡糖苷酶、半纖維素酶、果膠酶或裂解多糖單加氧酶，或它們的組合。

已經(jīng)顯示纖維二糖水解酶(cbh)沿著纖維素纖維逐漸地、單向地起作用，從纖維素纖維的還原鏈或非還原鏈末端開(kāi)始，釋放纖維二糖作為主要產(chǎn)物。cbh的特性是僅輕微影響纖維素的dp(聚合度)。內(nèi)切葡聚糖酶沿著纖維素鏈隨機(jī)進(jìn)攻，為cbh作用創(chuàng)造新的位點(diǎn)。由內(nèi)切葡聚糖酶產(chǎn)生的新鏈端的程度可以通過(guò)酶劑量，處理時(shí)間和溫度曲線或其組合來(lái)控制。β-葡糖苷酶的作用是將生成的低聚物水解成葡萄糖，并防止cbh對(duì)最終產(chǎn)物的抑制備用。

根據(jù)所使用的酶選擇該工藝的反應(yīng)溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，原纖化分兩個(gè)階段進(jìn)行：選擇下述反應(yīng)溫度，其使得纖維二糖水解酶和內(nèi)切葡聚糖酶在第一階段中具有活性，并通過(guò)在第二階段中增加反應(yīng)溫度來(lái)滅活內(nèi)切葡聚糖酶。然后，例如，第一階段的溫度為0-50℃，第二階段的溫度為50-80℃。處理后，如果需要，可以通過(guò)，例如蒸汽，將材料加熱至100℃，維持15-30分鐘來(lái)進(jìn)行酶的滅活?；蛘?，也可以通過(guò)在酶的最優(yōu)ph之外的ph調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行滅活。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，溫度是低的(低于或約50℃)，然后升高至約70℃，維持至反應(yīng)結(jié)束。酶產(chǎn)品通?？偸前倭扛被钚?。其中，低溫首先使得酶共同作用，之后高溫滅活剩余的副活性，使纖維二糖水解酶單獨(dú)作用在纖維上。

基于上述溫度和/或ph控制，在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)通過(guò)在第一階段中僅具有內(nèi)切葡聚糖酶活性并且在第二階段僅具有纖維二糖水解酶活性(即，第二階段中的cbh加入和eg滅活)進(jìn)行或通過(guò)包括具有高的初始內(nèi)切葡聚糖酶活性的酶的酶混合物進(jìn)行，該酶混合物，例如，通過(guò)在第二階段中增加溫度，相應(yīng)地滅活。

cbhi和cbhii傾向于從鏈末端水解纖維素，而內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)攻擊纖維素鏈，同時(shí)降低dp。因此，使用具有至少少量?jī)?nèi)切葡聚糖酶活性的酶混合物是好的，因?yàn)槔w維二糖水解酶可以利用由內(nèi)切葡聚糖酶提供的鏈末端。足夠量的內(nèi)切葡聚糖酶的量取決于所討論的內(nèi)切葡聚糖酶，因?yàn)閮?nèi)切葡聚糖酶的比活性變化很大，并且即使用最靈敏的方法(例如cmc粘度法)，也很難分析其中的一些酶。因此，適量的內(nèi)切葡聚糖酶活性甚至可以作為制劑中的污染物副活性存在。然而，較高的內(nèi)切葡聚糖酶活性與cbh協(xié)同作用釋放大量可溶性低聚糖，導(dǎo)致產(chǎn)量損失。

處理時(shí)間可在15分鐘至25小時(shí)內(nèi)變化，例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，處理時(shí)間為1小時(shí)至6小時(shí)。在機(jī)械處理之前或期間，例如通過(guò)噴霧，加入酶。值得注意的是，通過(guò)使用酶和低能需求的機(jī)械混合，與傳統(tǒng)處理(如研磨和高壓均質(zhì))相比，長(zhǎng)時(shí)間的處理使得該工藝更節(jié)能。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在不使用引起纖維過(guò)度降解和能量消耗的研磨力的情況下進(jìn)行機(jī)械攪拌。在該方法中使用的合適的機(jī)械混合器的實(shí)例是非精煉混合器，例如犁鏵式混合器、螺桿混合器、捏合機(jī)、攪拌器或擠出機(jī)。通常，保持低的混合速度(如約100rpm)是好的。此外，根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式，可以通過(guò)后處理步驟，例如在擠出機(jī)，均化器或流化器中進(jìn)行研磨或高剪切處理，來(lái)增強(qiáng)原纖化。

比起現(xiàn)有方法(生產(chǎn)的納米纖維的含水量為97-99％)，上述方法能夠制備較低的含水量(60-80％)的原纖化纖維素材料。

從上述討論可以看出，本發(fā)明提供了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括：

獲得包含固體和水的混合物，混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種功能添加劑，其中纖維素的至少一部分是原纖化纖維素；

處理具有至少20重量％的固體含量的混合物形成具有形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)；和

降低混合物的含水量，來(lái)固化形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述形狀是薄膜形狀，例如所制備的結(jié)構(gòu)或物體是膜。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在處理過(guò)程中，混合物的固體含量為混合物重量的至少20％。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，在處理過(guò)程中，混合物的固體含量為混合物重量的至少25％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種導(dǎo)電添加劑，例如碳納米管(cnts)、單壁納米管(swnts)、多壁納米管(mwnts)、活性炭(ac)或石墨烯。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種陰極化學(xué)試劑和/或陽(yáng)極化學(xué)試劑，例如鋰或鋰基化學(xué)試劑。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種電解質(zhì)。電解質(zhì)可以包括，例如，干聚合物電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、水溶性鹽、酸和/或合成聚合物。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種碳組分，至少一種碳組分是活性炭、石墨、石墨烯和碳納米管中的一種。

根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式，在混合物的固體中，至少一種碳組分的含量為固體重量的50-95％，例如55-90％，例如60-85％。

根據(jù)一個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方式，在混合物的固體中，纖維素和碳組分的總含量為固體重量的至少75％，例如至少90％，例如至少95％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括硅和鋰中的至少一種。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，原纖化纖維素包括直徑小于10納米的纖維素纖維。

根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式，直徑小于10納米的纖維素纖維的部分至少為原纖化纖維素重量的5％，例如至少10％，例如至少25％。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，原纖化纖維素包括直徑小于20納米的纖維素纖維。

根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式，直徑小于20納米的纖維素纖維的部分至少為原纖化纖維素重量的5％，例如至少10％，例如至少25％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在混合物的固體中，纖維素的含量為固體重量的5-50％，例如10-45％，例如15-40％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，處理包括成型該混合物。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，處理包括使用輥或壓機(jī)來(lái)形成薄膜形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種制備儲(chǔ)能裝置的方法，該方法包括提供第一電極、第二電極和在第一電極和第二電極之間并與第一電極和第二電極接觸的隔離層。在該方法中，通過(guò)一個(gè)上述實(shí)施方式中的方法制備第一電極，第二電極和隔離層中的至少一個(gè)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括：

通過(guò)處理包含固體和水的第一混合物制備第一電極，其中混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種導(dǎo)電添加劑；

通過(guò)處理包含固體和水的第二混合物來(lái)制備隔離層，其中混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種電解質(zhì)；和

施加壓力以將第一電極和隔離層結(jié)合在一起。

根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步實(shí)施方式，該方法包括：

通過(guò)處理包含固體和水的第一混合物制備第一電極和第二電極，其中混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種導(dǎo)電添加劑；

通過(guò)處理包含固體和水的第二混合物來(lái)制備隔離層，其中混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種電解質(zhì)；和

施加壓力以將第一電極，隔離層和第二電極結(jié)合在一起。

根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于上述實(shí)施方式的方法的混合物。該混合物包含固體和水，混合物的固體含量為混合物重量的至少20％，固體包含至少纖維素和至少一種功能添加劑，纖維素的至少一部分是原纖化纖維素。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括導(dǎo)電添加劑，陰極化學(xué)試劑和陽(yáng)極化學(xué)試劑中的至少一種。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種電解質(zhì)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括至少一種碳組分。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種碳組分包括活性炭、石墨、石墨烯和/或碳納米管。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在所述混合物的固體中，至少一種碳組分的含量為固體重量的50-95％，例如55-90％，例如60-85％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種功能添加劑包括硅和鋰中的至少一種。鋰添加劑可以是含鋰化學(xué)物質(zhì)。硅添加劑可以是含硅化學(xué)物質(zhì)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，原纖化纖維素包括納米纖維素。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，納米纖維素包括直徑小于20納米的纖維素纖維。

根據(jù)一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式，直徑小于20納米的纖維素纖維的部分至少為原纖化纖維素重量的5％，例如至少10％，例如至少25％。

根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了由一個(gè)上述實(shí)施方式制備的，包括納米纖維素和至少一種導(dǎo)電添加劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)具有三維形狀。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，用語(yǔ)三維形狀是指該形狀具有大量的彎曲、厚度變化、孔、突起或類似非平面部分的部分。

例如，可以通過(guò)成型和/或機(jī)械加工來(lái)實(shí)現(xiàn)三維形狀。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該復(fù)合結(jié)構(gòu)可以具有兩層或三層，或更通常的多層。這些層可以由上述混合物制成。此外，也可以在復(fù)合結(jié)構(gòu)中使用其它混合物或物質(zhì)。當(dāng)制備兩層以上上述公開(kāi)的混合物時(shí)，用于每一層的混合物可以相同或不同。例如，可以使用第一功能添加劑制備一層，使用不同于第一功能添加劑的第二功能添加劑制備另一層。類似地，可以使用第三功能添加劑制備另一層。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一種導(dǎo)電添加劑包括至少一種碳組分，至少一種碳組分是活性炭、石墨、石墨烯和碳納米管中的一種，其中在復(fù)合結(jié)構(gòu)的固體中，至少一種碳組分的含量為固體重量的50-95％，例如55-90％，例如60-85％，在復(fù)合結(jié)構(gòu)的固體中，纖維素含量為固體重量的5-50％，例如10-45％，例如15-40％。

以上描述僅僅是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，并不意圖限制權(quán)利要求所提供的保護(hù)范圍。權(quán)利要求書也意圖涵蓋其等同物，而不是從字面上解釋。