全固态非对称电容器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全固态非对称电容器的制备方法，用于解决现有电容器的制备方法实用性差的技术问题。技术方案是以Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料为正极，以活性炭为负极。首先将正、负极材料浸入固态电解质原始浆料，然后在真空干燥箱中干燥，再将正极、隔膜、负极叠合在一起，最后在真空或惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器。本发明专利技术充分利用核和壳材料，提供高的比表面积和快速离子扩散途径，通过对其关键的电极材料的成分、结构及形貌的控制，与背景技术方法制备超级电容器相比，该制备方法操作简单、安全性高、电解质不易泄漏、不易燃烧爆炸，且具有较高的比电容、能量密度和功率密度以及更长的循环寿命，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
全固态非对称电容器的制备方法
本专利技术涉及一种电容器的制备方法，特别涉及一种全固态非对称电容器的制备方法。
技术介绍
超级电容器也称电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能器件，具有优良的可逆充放电性能和大容量储能性能如：功率密度高、循环寿命长、充电速度快、能够瞬时大电流放电、绿色无污染，具有很广阔的应用前景。最初使用的超级电容器一般为液态电容器，为了提高电解质的电压窗口，液态电容器一般使用有机溶剂溶解离子化合物，这些溶剂大多易燃且有毒性，并且液态物质易发生泄漏，严重影响超级电容器的安全性。全固态超级电容器因其体积小、重量轻、便于携带、不存在电解液泄露、不易爆炸，具有良好的可靠性。因此，使用安全且易加工的固态超级电容器的发展重要的方向之一，但其也存在能量密度小的问题。文献“Low-CostHigh-PerformanceSolid-StateAsymmetricSupercapacitorsBasedonMnO2NanowiresandFe2O3Nanotubes.PeihuaYang,YongDing,ZiyinLin,NanoLett.2014,14,731-736”报道了通过水热法在碳布上长正极材料二氧化锰纳米线，在碳布上长负极材料三氧化二铁纳米管，电解质为聚乙烯醇/氯化锂混合凝胶，然后组装在一起。所组装的固态电容器在两电极下的能量密度仅为0.55mWh/cm3，此方法制备的材料能量密度低，因此，其应用将受到很大的限制。
技术实现思路
为了克服现有电容器的制备方法实用性差的不足，本专利技术提供一种全固态非对称电容器的制备方法。该方法以Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料为正极，以活性炭为负极制备全固态超级电容器。首先将正、负极材料浸入固态电解质原始浆料，然后在真空干燥箱中干燥，再将正极、隔膜、负极叠合在一起，最后在真空或惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器。本专利技术充分利用核和壳材料，提供高的比表面积和快速离子扩散途径，通过对其关键的电极材料的成分、结构及形貌的控制，与
技术介绍
方法制备超级电容器相比，该制备方法操作简单、安全性高、电解质不易泄漏、不易燃烧爆炸，且具有较高的比电容、能量密度和功率密度以及更长的循环寿命，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种全固态非对称电容器的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将原料3～50mmol的Co(NO3)2·6H2O和4～60mmolCO(NH2)2溶解到去离子水中，并充分搅拌，形成第一混合液；将第一混合液倒入聚四氟乙烯内衬中，并放入经1～6mol/L稀盐酸浸泡10～30分钟除去外层的氧化膜并清洗干燥过的空白泡沫镍，将反应釜放入微波水热仪器中，微波水热条件反应的温度为90～120℃，反应时间为0.5～4小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4纳米线阵列前驱体，取出长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，并在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时；之后，在马弗炉中锻烧长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，锻烧温度为250～450℃，锻烧时间为1～4小时；步骤二、将1～20mmolCo(NO3)2·6H2O和3～30mmolNa2WO4·2H2O溶于去离子水中，形成均匀的第二混合溶液，再将长有Co3O4纳米线阵列的泡沫镍置于第二混合溶液，在微波水热条件下反应，反应温度为90～180℃，反应时间为0.5～2小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4@CoWO4核壳纳米线阵列，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，之后，在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时，获得Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料。步骤三、用刮刀将电极浆料在泡沫镍上流延，在50℃～80℃的空气或真空环境中干燥2～6h后形成负电极；所述电极浆料的质量百分比配方为，活性材料75％～85％，导电剂10％～15％，粘结剂5％～15％。所述的活性材料是活性炭、石墨烯、碳纳米管的任一种或其混合物；所述的导电剂是炭黑或乙炔黑的任一种或其混合物；所述的粘结剂是聚偏二氟乙烯。步骤四、将离子化合物溶于溶剂中形成混合溶液，再将聚合物加入混合溶液中。随后，在80～90℃加热搅拌1～4小时，最终制得凝胶电解质，干燥后即为固态电解质。所述的离子化合物是含有碱金属离子或铵根离子的盐或其混合物；所述溶剂是N—甲基吡咯烷酮、乙腈、N—二甲基甲酞胺、丙酮、丁酮、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯的任一种或其混合物；所述聚合物是聚乙烯醇、甲基丙烯酸甲酯、顺丁烯二酸酯、丙烯腈或聚偏二氟乙烯单体的任一种或其混合物。所述的聚合物、离子化合物、溶剂的质量分别为30％～50％，30％～40％，40％～60％。步骤五、以Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料为正极，以活性炭为负极，加上隔膜以及固态电解质按照如下方法组装。正、负极、隔膜在组装前，浸入固态电解质原始浆料5～30分钟。然后在真空干燥箱中干燥，再将正极、隔膜、负极叠合在一起，最后在真空或惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器。所述的隔膜是聚丙烯薄膜。本专利技术的有益效果是：该方法以Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料为正极，以活性炭为负极制备全固态超级电容器。首先将正、负极材料浸入固态电解质原始浆料，然后在真空干燥箱中干燥，再将正极、隔膜、负极叠合在一起，最后在真空或惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器。本专利技术充分利用核和壳材料，提供高的比表面积和快速离子扩散途径，通过对其关键的电极材料的成分、结构及形貌的控制，与
技术介绍
方法制备超级电容器相比，该制备方法操作简单、安全性高、电解质不易泄漏、不易燃烧爆炸。制备的电容器峰值功率密度为功率密度峰值6.4KWKg-1时，能量密度仍可达到24.5WhKg-1，具有较高的比电容、能量密度和功率密度以及更长的循环寿命，实用性好。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1为实施例1制备的Co3O4纳米线阵列的扫描电镜(SEM)照片；图2为实施例1制备的正极Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料的扫描电镜(SEM)照片；图3为图2中Spectrum1点的能谱(EDS)照片；图4为实施例2制备的Co3O4@CoWO4为正极的全固态非对称电容器的循环伏安曲线，电压窗口为1.6V，从里到外扫描速度依此为10mVs-1、20mVs-1、30mVs-1、50mVs-1、80mVs-1和100mVs-1；图5为实施例2制备的Co3O4@CoWO4为正极的全固态非对称电容器在两电级测试系统下，不同电流密度下测试的比电容；图6为实施例3制备的Co3O4@CoWO4为正极的全固态非对称电容器在两电级测试系统下，测得的能量密度与功率密度关系曲线(Ragone曲线)。具体实施方式以下实施例参照图1-6。实施例1：Co3O4@CoWO4为正极的全固态非对称电容器的制备方法1。具体包括以下步骤：1、制备正极Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料。(1)称取原料3mmolCo(NO3)2·6H2O和4mmolCO(NH2)2溶解到50mL水中，并充分搅拌，形成第一混合液。(2)将第一混合液倒入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态非对称电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将原料3～50mmol的Co(NO3)2·6H2O和4～60mmolCO(NH2)2溶解到去离子水中，并充分搅拌，形成第一混合液；将第一混合液倒入聚四氟乙烯内衬中，并放入经1～6mol/L稀盐酸浸泡10～30分钟除去外层的氧化膜并清洗干燥过的空白泡沫镍，将反应釜放入微波水热仪器中，微波水热条件反应的温度为90～120℃，反应时间为0.5～4小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4纳米线阵列前驱体，取出长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，并在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时；之后，在马弗炉中锻烧长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，锻烧温度为250～450℃，锻烧时间为1～4小时；步骤二、将1～20mmol Co(NO3)2·6H2O和3～30mmol Na2WO4·2H2O溶于去离子水中，形成均匀的第二混合溶液，再将长有Co3O4纳米线阵列的泡沫镍置于第二混合溶液，在微波水热条件下反应，反应温度为90～180℃，反应时间为0.5～2小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4@CoWO4核壳纳米线阵列，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，之后，在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时，获得Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料；步骤三、用刮刀将电极浆料在泡沫镍上流延，在50℃～80℃的空气或真空环境中干燥2～6h后形成负电极；所述电极浆料的质量百分比配方为，活性材料75％～85％，导电剂10％～15％，粘结剂5％～15％；所述的活性材料是活性炭、石墨烯、碳纳米管的任一种或其混合物；所述的导电剂是炭黑或乙炔黑的任一种或其混合物；所述的粘结剂是聚偏二氟乙烯；步骤四、将离子化合物溶于溶剂中形成混合溶液，再将聚合物加入混合溶液中；随后，在80～90℃加热搅拌1～4小时，最终制得凝胶电解质，干燥后即为固态电解质；所述的离子化合物是含有碱金属离子或铵根离子的盐或其混合物；所述溶剂是N—甲基吡咯烷酮、乙腈、N—二甲基甲酞胺、丙酮、丁酮、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯的任一种或其混合物；所述聚合物是聚乙烯醇、甲基丙烯酸甲酯、顺丁烯二酸酯、丙烯腈或聚偏二氟乙烯单体的任一种或其混合物；所述的聚合物、离子化合物、溶剂的质量分别为30％～50％，30％～40％，40％～60％；步骤五、以Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料为正极，以活性炭为负极，加上隔膜以及固态电解质按照如下方法组装；正、负极、隔膜在组装前，浸入固态电解质原始浆料5～30分钟；然后在真空干燥箱中干燥，再将正极、隔膜、负极叠合在一起，最后在真空或惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器；所述的隔膜是聚丙烯薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种全固态非对称电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将原料3～50mmol的Co(NO3)2·6H2O和4～60mmolCO(NH2)2溶解到去离子水中，并充分搅拌，形成第一混合液；将第一混合液倒入聚四氟乙烯内衬中，并放入经1～6mol/L稀盐酸浸泡10～30分钟除去外层的氧化膜并清洗干燥过的空白泡沫镍，将反应釜放入微波水热仪器中，微波水热条件反应的温度为90～120℃，反应时间为0.5～4小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4纳米线阵列前驱体，取出长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，并在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时；之后，在马弗炉中锻烧长有Co3O4纳米线阵列前驱体的泡沫镍，锻烧温度为250～450℃，锻烧时间为1～4小时；步骤二、将1～20mmolCo(NO3)2·6H2O和3～30mmolNa2WO4·2H2O溶于去离子水中，形成均匀的第二混合溶液，再将长有Co3O4纳米线阵列的泡沫镍置于第二混合溶液，在微波水热条件下反应，反应温度为90～180℃，反应时间为0.5～2小时；反应结束后冷却反应釜至室温，在泡沫镍上生成Co3O4@CoWO4核壳纳米线阵列，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤3～5次，之后，在真空干燥箱中50～80℃干燥2～6小时，获得Co3O4@CoWO4纳米线阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊慧庆，张明昌，潘倩，任小虎，马龙涛，付可，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61