一种超细玻璃纤维棉基柔性电极材料及制备方法

技术领域

本发明属于复合功能材料技术领域，具体涉及一种超细玻璃纤维棉基柔性电极材料及制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种实用、高效、环境友好型的储蓄能量装置。目前已在众多领域如：电动汽车、内燃机车、消费电子、无线通信、工业仪表仪器、军事、太阳能和风能等得到了广泛的应用。近年来，其逐渐成为新能源领域的朝阳产业，在国内外市场呈现出前所未有的蓬勃发展的景象。但是目前超级电容器的产业化发展和市场应用与电池相比仍然存在着差距，主要原因在于其能量密度较低，尤其在大功率及大电流充放电时的储能密度满足不了市场需求。要提高电化学电容器的能量密度，不仅有赖于制作工艺和生产技术的改进，更需要不断研发出具有高能量密度的新型电极材料。本发明旨在开发一种简单、低成本、可大面积加工的方法，将常规玻璃纤维变成高性能电极材料，以满足目前越来越多的市场需求。

发明内容

针对目前现有技术的柔性电极材料的性能与比电容、孔隙率、电导率、和电化学稳定性有关。在选择超细玻璃纤维柔性基底的同时，利用石墨烯种子层来提高后续导电材料负载量以此增加电极材料的比电容和能量密度，原位生长将充分减少石墨烯和其他导电材料的团聚，提高可利用的有效比表面积，打开电解质离子的扩散通道，进一步提高造成电化学性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超细玻璃纤维棉基柔性电极材料，组成为：4～8wt％石墨烯基纳米导电材料，其余组分为超细玻璃纤维棉。

优选的，所述超细玻璃纤维棉组成为：SiO

优选的，所述所述石墨烯基纳米导电材料为A类石墨烯种子层，B类为聚苯胺、碳纳米管、金属有机氧化物其中的一种或几种，石墨烯基纳米导电材料质量占超细玻璃纤维棉基柔性电极材料的总重量的2～4％；

优选的，其特征在于，所述A类石墨烯原位合成方法的的制备方法为：H

优选的，其特征在于，所述B类导电材料原位合成方法为电化学沉积、低温可控原位聚合、化学沉淀法、化学气相沉积法和静电复合法,B类导电材料质量占超细玻璃纤维棉基柔性电极材料的总重量的2～4％。

一种超细玻璃纤维棉基柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，称取碳源溶解在超纯水中，配置A液石墨烯前驱体溶液；配置B液其他导电材料前驱体溶液；玻璃纤维改性溶液C；

步骤2，选择超细玻璃纤维棉，通过改性溶液C将玻璃纤维表面改性并清洗干燥；

步骤3，干燥完成的玻璃纤维放入A液原位生长石墨烯种子层；

步骤4，将负载石墨烯种子层的玻璃纤维放入B液再处理原位生长其他导电纳米材料，烘干处理即得超细玻璃纤维棉基柔性电极材料；。

优选的，步骤1的A液石墨烯前驱体溶液的碳源为葡萄糖、生物质碳源和氧化石墨其中的一种或几种。

优选的，步骤1的B液聚苯胺前驱体为苯胺单体溶液

优选的，步骤1的B液碳纳米管前驱体为碳管溶液

优选的，步骤1的B液金属有机物前驱体溶液包括锰源：乙酸锰，硫酸锰，氯化锰其中的一种或几种

优选的，步骤1的B液金属有机物前驱体溶液包括镍源为硝酸镍，硫酸镍，醋酸镍其中的一种或几种

优选的，步骤1的B液金属有机物前驱体溶液包括铜源为一水合乙酸铜，氯化铜，硫酸铜其中的一种或几种

优选的，步骤2的玻璃纤维表面改性C溶液为氢氧化钠/尿素体系，浓度为1-10mol/L，或盐酸溶液，浓度为1-5mol/L。

优选的，步骤3的不同直径的超细玻璃纤维原位负载一定量的石墨烯，达到导电效果的同时以便给后续导电材料的复合提供更多的生长位点。

优选的，步骤3的玻璃纤维表面改性C溶液为氢氧化钠/尿素体系，浓度为1-10mol/L，或盐酸溶液，浓度为1-5mol/L。目的是通过表面改性使玻璃纤维表面羟基化和打开硅氧键来解决石墨烯和玻璃纤维之间的界面连接问题，增加石墨烯和其他导电材料的附着稳定性

优选的，步骤4的烘干处理为在100～115℃的烘板上烘制5±1min。

优选的，其特征在于，该电极材料可根据具体使用条件，控制其材料面积大小，可根据需求对电极材料进行裁剪。

优选的，该电极材料基于玻璃纤维的柔性电极材料可以承受任意弯曲、折叠、拉伸、扭曲等日常机械作用，此外，玻璃纤维还具有优异的可加工性能和低廉的成本

本发明的有益效果在于：

(1)本发明首先通过玻璃纤维表面改性，提高导电材料在玻璃纤维上的负载量和附着力，使导电材料在承受拉、压力作用时，玻璃纤维起到承载、传递应力载荷的作用，纤维之间发挥协同作用，最终提高电极材料的力学性能。

(2)本发明通过原位合成生长在超细玻璃纤维上合成石墨烯基导电材料的，通过石墨烯种子层的引入，提高后续导电材料的生长位点和分散性，使电极材料具有更好的电化学性质,包括更高的比电容,倍率性质,阻抗,循环稳定性。

(3)本发明通过玻璃纤维其具有成本低、耐化学腐蚀性好，优异的柔韧性能，可以承受任意弯曲、折叠、拉伸和扭曲等外力作用等优点，此外该电极材料还具有优异的可加工性能提高电极材料的使用范围，该电极材料可以构建不同的功能组件。

附图说明

图1为超细玻璃纤维棉基柔性电极材料示意图；

图2为超细玻璃纤维棉基柔性电极材料实物图；

图3为超细玻璃纤维棉基柔性电极材料扫描电镜图

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明做一进步说明，本实施例超细玻璃纤维棉基柔性电极材料，但本实施例不能用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例1

配置A液：葡萄糖4g溶剂于50ml的去离子水中；B液：将46μL的苯胺加入到40ml的1mol/L的H

实施例2

配置A液：葡萄糖6g溶剂于50ml的去离子水中；B液：将碳管加入到丙酮与乙醇体积比为1:1的溶液中，然后再加入10mgAl(NO

实施例3

配置A液：葡萄糖6g溶剂于50ml的去离子水中；B液：20mL的2M Mn C

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。