CN105551827B - 结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法 - Google Patents

结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，S1.分别在可穿戴纤维基底和柔性基底上印刷银电极、碳电极作为正负极集流体；S2.将活性材料、粘合剂、导电剂混合搅拌形成可印刷的浆料；S3.在正极集流体和负极集流体上印刷所述浆料，形成电极；S4.将固态电解质浇铸到电极上；S5.将柔性基底上的电极转移到纤维基底上；S6.揭去上层的柔性薄膜。本发明基于单层基底层层组装形成夹心型超级电容器，将上层基底剥离的办法同时实现了柔韧性与电容量的较好性能，获得了更为轻便柔软的可穿戴储能元件。

Description

结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法
技术领域
本发明涉及电容器领域，特别是涉及一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法。
背景技术
超级电容器作为一种新型储能元件，基于双电层效应及法拉第赝电容效应具有快速充放电、功率密度高、循环寿命长等优点，因此超级电容器一直作为储能研究的热点。随着便捷式无线电设备的广泛使用，以及可穿戴电子学的进步推动了高性能能量存储器件的快速发展。固态超级电容器具有质量较轻、安全性高、柔韧性好等优点，因此，可穿戴全固态超级电容器一直是近几年研究热点。
可穿戴全固态电容器结构大致可分为两类：夹心型和平面交叉型。夹心型超级电容器通过一定方法将集流体及活性材料修饰到基底上，最后通过加压的方法将两片电极组装起来，形成超级电容器，例如Jin-Xian Feng等人以纸为基底制作的柔韧对称型超级电容器(如图1)，这种方法选用基底如纸、PET、碳布等虽然在一定程度上改善了设备的柔韧性，但两层基底的组装办法仍然在结构的柔韧性方面造成一定限制。因此，研究者们将结构优化为平面交叉型，完成了从两基底到单基底的平面结构，例如Jun Feng等人制作的平面交叉型电容器，其电容量除了与活性材料本身性能相关外，与指状电极的截面相对面积有关(如图2)，因此这种结构需要增大电极厚度以达到较大的相对面积，但在柔韧性方面又会受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器制备方法，本发明基于单层基底层层组装形成夹心型超级电容器，将上层基底剥离的办法同时实现了柔韧性与电容量的较好性能，获得了更为轻便柔软的可穿戴储能元件。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，S1.分别在可穿戴纤维基底和柔性基底上印刷银电极、碳电极作为正负极集流体；S2.将活性材料、粘合剂、导电剂混合搅拌形成可印刷的浆料；S3.在正极集流体和负极集流体上印刷所述浆料，形成电极；S4.将固态电解质浇铸到电极上；S5.将柔性基底上的电极转移到纤维基底上；S6.揭去上层的柔性薄膜。
进一步，所述活性材料为二氧化锰。
进一步，所述活性材料、粘合剂、导电剂的比例为8:1:1。
进一步，所述固态电解质的制作方法为：将磷酸加入二次水，充分混合后加入PVA粉末并加热到85℃直至澄清，保温1小时。
进一步，将固态电解质浇铸到电极上后并于室温晾晒2小时。
进一步，将转移后的电极置于真空干燥箱中25℃蒸干6小时以去除多余水分。
进一步，还包括步骤S7.将组装好的电容器用电化学工作站进行电化学性能表征，分别在不同的扫描速度下进行循环伏安测定及在不同电流密度下的充放电。
有益技术效果：
(1)改进了传统双基底夹心型超级电容器结构；
(2)方便快捷的组装了柔韧性的可穿戴夹心型超级电容器。
本发明首次将丝网印刷融合物理揭膜过程将材料转移，组装了可穿戴超级电容器并进行了电化学性能的表征，通过这种方法可设计不同图案，在可穿戴应用方面实现了突破。本发明方便快捷、方法简单，应用广泛，结构在柔韧性超级电容器应用方面具有很大的潜在应用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为传统的夹心型超级电容器结构及组装办法；
图2为平面交叉型超级电容器结构及储能原理图；
图3为利用层层叠加及揭膜过程组装夹心型超级电容器过程；
图4为实物设备图片；
图5为设备电化学性能的测试，A)为不同扫描速度下的循环伏安曲线，B)为不同电流密度下的充放电曲线；
图6为利用本发明实现不同图案设计及应用。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，
S1.分别在可穿戴纤维基底和柔性基底上印刷银电极、碳电极作为正负极集流体；在本实施例中，银电极为的1*2.5cm银电极，碳电极为1*2cm碳电极。
S2.将活性材料、粘合剂、导电剂混合搅拌形成可印刷的浆料；在本实施例中，活性材料为二氧化锰，粘合剂为LA133，导电剂为乙炔黑，浆料的制备方法为将二氧化锰活性材料、粘合剂LA133、导电剂以比例8:1:1混合搅拌8小时形成可印刷的浆料。
S3.在正极集流体和负极集流体上印刷所述浆料，形成电极；所述浆料面积为1*2cm。
S4.将固态电解质浇铸到电极上；在本实施例中，固态电解质的制备方法为：称取12g磷酸加入60ml二次水，充分混合后加入6gPVA粉末并加热到85℃直至澄清，停止搅拌保温1小时。
在本实施例中，将固态电解质浇铸到电极上后，于室温晾干2小时。
S5.将柔性基底上的电极转移到纤维基底上；将两电极组装并置于真空干燥箱中25℃蒸干6小时以去除多余水分。
S6.揭去上层的柔性薄膜。
S7.将组装好的设备用电化学工作站进行电化学性能表征，分别在不同的扫描速度下进行循环伏安测定及在不同电流密度下的充放电。
图4为实物设备图片，可以看出电极转移形成的薄膜完整均匀，成膜效果良好；
图5为设备电化学性能的测试，不同扫描速度下的循环伏安曲线显示规则矩形，充放电显示基本对称；
图6为本发明可以实现不同图案设计及应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：
S1.分别在可穿戴纤维基底和柔性基底上印刷银电极、碳电极作为正负极集流体；
S2.将活性材料、粘合剂、导电剂混合搅拌形成可印刷的浆料；
S3.在正极集流体和负极集流体上印刷所述浆料，形成电极；
S4.将固态电解质浇铸到电极上；
S5.将柔性基底上的电极转移到纤维基底上；
S6.揭去上层的柔性薄膜。
2.根据权利要求1所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：所述活性材料为二氧化锰。
3.根据权利要求2所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：所述活性材料、粘合剂、导电剂的比例为8:1:1。
4.根据权利要求1所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：所述固态电解质的制作方法为：将磷酸加入二次水，充分混合后加入PVA粉末并加热到85℃直至澄清，保温1小时。
5.根据权利要求1所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：将固态电解质浇铸到电极上后并于室温晾晒2小时。
6.根据权利要求5所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：将转移后的电极置于真空干燥箱中25℃蒸干6小时以去除多余水分。
7.根据权利要求1所述的结合丝网印刷的层层组装柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：还包括步骤S7.将组装好的电容器用电化学工作站进行电化学性能表征，分别在不同的扫描速度下进行循环伏安测定及在不同电流密度下的充放电。
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