一种超薄超级电容器电极及其制备方法

本发明属于超级电容器，具体涉及一种超薄超级电容器电极及其制备方法。

背景技术：

1、超级电容器又叫电化学电容器，是一种介于传统电容器和化学电源之间的新型储能器件，具有充放电速度快、使用寿命长、效率高、使用温度范围宽、循环稳定性好、安全性高等特点，已经广泛应用到电子设备、智慧电网和储能等领域。电极材料是超级电容器的核心组成部分，直接影响着其储能密度和功率密度。

2、传统电容器电极的制备大多采用涂布法，但是该方法易出现电极材料起皮、龟裂以及涂层厚度不均匀等情况，严重影响电极的性能。近些年，随着电子技术的快速发展，电子元件逐渐要求微型化和超薄化。超薄电极的制备方法主要有射频磁控溅射、脉冲激光沉积和化学沉积等，这些方法成本高、设备复杂、规模化生产困难的缺陷严重遏制了微电池体系的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种超薄超级电容器电极的制备方法，使用微电子打印技术所得，操作简便、成本低廉、设计容易，可以获得兼具高放电比容量和长循环寿命的超薄电极，实现电子器件产品微型化、集成化。

2、本发明技术方案中的超薄超级电容器电极，由多孔碳复合材料、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合得到的打印墨水打印制得。

3、进一步地，多孔碳复合材料为将多孔碳材料与金属盐搅拌混合后，在氮气气氛中进行预炭化和烧结得到。

4、金属盐有助于提升碳材料原有骨架结构的稳定性，同时提高复合材料的导电性，从而有效提高多孔碳复合材料的电化学性能。

5、进一步地，多孔碳材料为碳气凝胶、石墨烯、活性炭、碳纳米管中的一种或多种。

6、进一步地，金属盐为铵盐、过渡金属盐中的一种或两种。

7、铵盐可以对多孔碳材料进行n掺杂改性，能够在避免晶格畸变的基础上，为离域碳原子提供足够的电子，有效提高多孔碳材料的导电性、增加电化学活性位点，从而提高多孔碳复合材料的电化学性能；过渡金属盐能够与多孔碳骨架配位形成大环化合物，不仅能够支撑碳纳米结构，抑制团聚，提升多孔碳复合材料循环性能，还能够提高材料导电性，加快离子和电子的迁移，显著提高多孔碳复合材料的电化学性能。

8、优选地，金属盐可以列举为硝酸铁、钼酸铵、钨酸铵、磷酸铁锂、硝酸铁中的一种或多种。

9、进一步地，金属盐的质量为多孔碳材料质量的0.5～1.5％。

10、进一步地，搅拌转速为600～900r/min，时间为1～3h。

11、进一步地，预炭化温度为280～350℃，时间为0.5～1.5h。

12、进一步地，烧结温度为580～630℃，时间为2～4h。

13、进一步地，导电剂为炭黑、碳纳米管、导电碳纤维、石墨烯、乙炔黑中的一种或多种。

14、进一步地，多孔碳复合材料、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠所占的质量百分比分别为73～85％、6～12％、8～20％、0.5～5％。

15、进一步地，水的质量为多孔碳复合材料质量的30～50倍。

16、进一步地，集流体为铝箔；和/或铝箔的厚度为50～60μm。

17、进一步地，超薄超级电容器电极的厚度为60～80μm。

18、上述超薄超级电容器电极的制备方法，包括将多孔碳复合材料和导电剂研磨过筛，与丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合搅拌得到打印墨水，然后在集流体上打印。

19、进一步地，研磨时间为10～20min，和/或过筛时筛网目数为600～800目。

20、进一步地，打印时电压为10～35v。

21、相比现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

22、(1)以多孔碳材料和金属盐得到的多孔碳复合材料为主要活性材料，与导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合得到打印墨水，打印制得超薄超级电容器电极，兼具高放电比容量和长循环寿命；

23、(2)多孔碳复合材料中的金属盐有助于提升碳材料原有骨架结构的稳定性，同时提高复合材料的导电性，从而有效提高多孔碳复合材料的电化学性能；

24、(3)本发明所得超薄超级电容器电极厚度较小，活性材料分布均匀，具有较好的电化学性能；

25、(4)超薄超级电容器电极的制备方法操作简便、精度高、成本低廉，适用于工业化应用。

技术特征：

1.一种超薄超级电容器电极，其特征在于，由多孔碳复合材料、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合得到的打印墨水打印制得。

2.根据权利要求1所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，多孔碳复合材料为将多孔碳材料与金属盐搅拌混合后，在氮气气氛中进行预炭化和烧结得到。

3.根据权利要求2所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，多孔碳材料为碳气凝胶、石墨烯、活性炭、碳纳米管中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，金属盐为铵盐、过渡金属盐中的一种或两种。

5.根据权利要求2所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，金属盐的质量为多孔碳材料质量的0.5～1.5％。

6.根据权利要求2所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，预炭化温度为280～350℃，时间为0.5～1.5h。

7.根据权利要求2所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，烧结温度为580～630℃，时间为2～4h。

8.根据权利要求1所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，多孔碳复合材料、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠所占的质量百分比分别为73～85％、6～12％、8～20％、0.5～5％。

9.根据权利要求1所述的超薄超级电容器电极，其特征在于，所述超薄超级电容器电极的厚度为60～80μm。

10.一种如权利要求1所述的超薄超级电容器电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将多孔碳复合材料和导电剂研磨过筛，与丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合搅拌得到打印墨水，然后在集流体上打印。

技术总结
本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超薄超级电容器电极及其制备方法。所述超薄超级电容器电极，由多孔碳复合材料、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合得到的打印墨水打印制得，多孔碳复合材料为将多孔碳材料与金属盐搅拌混合后，在氮气气氛中进行预炭化和烧结得到。以多孔碳材料和金属盐得到的多孔碳复合材料为主要活性材料，与导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水混合得到打印墨水，打印制得超薄超级电容器电极，兼具高放电比容量和长循环寿命。

技术研发人员：阮殿波,陈佩婷,杨文辉,张昕冉,乔志军,项吉祥
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11