本發(fā)明屬于柔性膜電極材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

超級電容器因其具備電池和傳統(tǒng)電介質(zhì)電容器的優(yōu)勢而被廣泛研究，同時伴隨柔性電子設(shè)備的需求逐漸提高，柔性超級電容器逐漸成為研究熱點(diǎn)。柔性超級電容器仍沿用超級電容器制備所采用的活性材料，與超級電容器不同的是，柔性超級電容器采用了柔性基底等材料，從而賦予其可彎曲的性能。

碳材料因具有比表面積大、穩(wěn)定性好和價格便宜的優(yōu)勢而被應(yīng)用于電化學(xué)超級電容器的制備。當(dāng)前對于碳材料相關(guān)的柔性電極的研究主要集中在以織物等柔性材料為基材和薄膜的研究上。以柔性材料為基材可以賦予柔性電極良好的柔性、機(jī)械穩(wěn)定性和電極完整性，但是柔性基材的活性物質(zhì)負(fù)載量較低；薄膜柔性電極除了具有良好的柔性外，也具有一定的機(jī)械穩(wěn)定性和高活性物質(zhì)含量，但是傳統(tǒng)采用粘合劑制備的柔性電極會包裹活性物質(zhì)從而引起其利用率下降，因而有必要發(fā)明一種能夠提高活性物質(zhì)含量以及利用率的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法，本發(fā)明采用纖維素作為柔性薄膜的來源，具有環(huán)保和親水性好的優(yōu)點(diǎn)，同時柔性薄膜制備中不采用粘合劑，有利于提高碳材料活性物質(zhì)的利用率，發(fā)揮其最大電容性能。

本發(fā)明的一種無粘合劑柔性膜電極材料，所述柔性膜電極材料為碳材料/纖維素柔性復(fù)合電極。

本發(fā)明的一種如權(quán)利要求1所述的無粘合劑柔性膜電極材料的制備方法，包括：

(1)室溫條件下，將碳材料與纖維素溶液混合，超聲，攪拌，得到碳材料均勻分散的纖維素溶液；

(2)室溫條件下，將碳材料均勻分散的纖維素溶液靜置成膜，于凝固浴中析出，干燥，得到無粘合劑柔性膜電極材料。

所述步驟(1)中碳材料為碳納米管或石墨烯納米片。

所述步驟(1)中碳材料、纖維素溶液的質(zhì)量比為0.5-1:20-30。

所述步驟(1)中超聲時間為0.5-2h。

所述步驟(1)中纖維素溶液具體為：纖維素漿粕于-12℃條件下溶于溶劑中，得到纖維素溶液。

所述纖維素漿粕為4wt％纖維素漿粕，聚合度為200-1000(4wt％纖維素漿粕為：溶劑中纖維素漿粕的含量為4wt％)。

所述溶劑為尿素、氫氧化鈉、水的混合溶液，其中尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7～15wt％、氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～13wt％、水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75～87wt％。

所述步驟(2)中凝固浴為乙醇凝固浴。

本發(fā)明采用碳材料(碳納米管和石墨烯納米片)為活性材料，采用環(huán)保纖維素為成膜材料，利用低溫溶解的方法使活性材料和成膜材料相混合，并在室溫條件下無粘合劑成膜，固化而成，該方法適用于具有電容儲存性能的活性材料；所制備的柔性電極能夠展現(xiàn)活性材料的電容特性，具有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明中纖維素膜以纖維素為原料，其柔韌性好，成膜性好不需要添加粘合劑，且纖維素是自然界中最為豐富的可再生資源，綠色環(huán)保。同時，纖維素溶液與碳材料具有較好的混合性，能夠很好的保留碳材料的電容性能。

本發(fā)明采用纖維素與碳材料共混制備柔性膜電極材料，所制備的復(fù)合物除具有電化學(xué)性能外，還具有良好柔性和機(jī)械穩(wěn)定性，同時該方法具有操作簡單方便以及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，為柔性超級電容器電極材料的研發(fā)開辟出一條新的道路。

本專利著重解決如何制備碳材料柔性復(fù)合電極，旨在提高碳活性物質(zhì)在柔性電極中的含量和利用率，探索出一條簡單環(huán)保的柔性電極材料的制備方法。

有益效果

本發(fā)明采用纖維素作為柔性薄膜的來源，具有環(huán)保和親水性好的優(yōu)點(diǎn)，同時柔性薄膜制備中不采用粘合劑，有利于提高碳材料活性物質(zhì)的利用率，發(fā)揮其最大電容性能。

附圖說明

圖1為實(shí)例1和實(shí)例2的循環(huán)伏安曲線測試圖；

圖2為實(shí)例1和實(shí)例2的充放電曲線測試圖；

圖3為實(shí)例1和實(shí)例2的阻抗圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于

本技術(shù)：
所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

下列實(shí)施例中，碳納米管購自北京博宇高科新材料技術(shù)有限公司，石墨烯納米片購自昂星科技。其他所用試劑均為分析純級別，在使用過程中無需進(jìn)一步提純。

實(shí)施例1

碳納米管-纖維素柔性復(fù)合電極的加工方法，具體步驟為：

(1)纖維素的溶解：

將4wt％纖維素漿粕(dp＝500)于-12℃條件下溶解于尿素、氫氧化鈉、水(質(zhì)量比為7.5:12:81.5)所配置成的溶劑中。

(2)碳納米管與纖維素溶液的混合：

將0.871g碳納米管混合在25g纖維素溶液中，超聲1h，并攪拌，獲得碳材料均勻分散的纖維素溶液。

(3)碳納米管柔性復(fù)合電極的制備：

將碳納米管-纖維素混合體系與模具中靜置成膜，于乙醇凝固浴中析出，干燥后，獲得碳材料柔性薄膜電極。

實(shí)施例2

石墨烯納米片-纖維素柔性復(fù)合電極的加工方法，具體步驟為：

(1)纖維素的溶解：

將4wt％纖維素漿粕(dp＝500)于-12℃條件下溶解于尿素、氫氧化鈉、水(質(zhì)量比為7.5:12:81.5)所配置成的溶劑中。

(2)石墨烯納米片與纖維素溶液的混合：

將0.871g石墨烯納米片混合在25g纖維素溶液中，超聲1h，并攪拌，獲得碳材料均勻分散的纖維素溶液。

(3)石墨烯納米片柔性復(fù)合電極的制備：

將石墨烯納米片-纖維素混合體系與模具中靜置成膜，于乙醇凝固浴中析出，干燥后，獲得碳材料柔性薄膜電極。

實(shí)施例均使用上海辰華儀器有限公司的電化學(xué)工作站chi660e進(jìn)行循環(huán)伏安曲線的測試，其中工作電極為所制備的柔性電極材料，對電極為鉑電極，參比電極為甘汞電極，電解質(zhì)溶液為4mol/lnacl溶液。

在以上研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了上述實(shí)例的電化學(xué)性能，測試結(jié)果如圖1、2和3。由于采用該制備方法所制備的材料充分混合了纖維素和碳材料，所以在電解液中，電荷具有更好的傳遞通道，從循環(huán)伏安曲線測試圖中，可以看出，材料的電壓窗口為-0.8v～0.8v，并存在氧化還原峰，說明存在贗電容儲能特性；

從阻抗圖中可以看到，阻抗曲線呈45°斜線狀，說明存在雙電層電容器儲能；由此可知，該材料為混合儲能型材料。并且二者的接觸電阻都很小，均在3.5ω以下，說明具有較好的傳遞速率。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種無粘合劑柔性膜電極材料及其制備方法，柔性膜電極材料為碳材料/纖維素柔性復(fù)合電極。制備：將碳材料與纖維素溶液混合，超聲，攪拌，得到碳材料均勻分散的纖維素溶液；將碳材料均勻分散的纖維素溶液靜置成膜，于凝固浴中析出，干燥，即得。本發(fā)明方法適用于具有電容儲存性能的活性材料，所制備的柔性電極能夠展現(xiàn)活性材料的電容特性，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：郝天琪;張路;俞丹;王煒;羅玫因
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.11.03