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专利号: 2022112381117
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种纱线状超级电容器的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:

(1)先将热塑性聚氨酯和聚丙烯腈分别制成TPU纺丝液和PAN纺丝液;

(2)然后以棉纱为基底,采用TPU纺丝液进行静电纺丝,得到TPU纳米纤维包芯纱,在TPU纳米纤维包芯纱表面均匀涂覆液态金属,得到液态金属导电纱线;接着以液态金属导电纱线为基底,采用PAN纺丝液进行静电纺丝,得到PAN复合导电纱线;

(3)再以活性物质、导电剂、粘结剂、去离子水为原料制成活性物质糊料,将步骤(2)所得PAN复合导电纱线完全浸没于活性物质糊料中保持2 min,取出后常温晾干,重复1~6次得到电极纱线;

(4)最后在电极纱线表面均匀涂覆凝胶电解质,封装,即得所述的一种纱线状超级电容器。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,将TPU加入N,N‑二甲基甲酰胺中,80 ℃条件下搅拌3 小时,即得TPU纺丝液,其质量浓度为15~25 %;将PAN加入N,N‑二甲基甲酰胺中,80℃条件下搅拌3小时,即得PAN纺丝液,其质量浓度为6~10%。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,在制备TPU纳米纤维包芯纱时,静电纺丝的工艺条件如下:针尖与收集器的角度60°,针头与收集器的距离为8 cm,注射泵以0.7 mL/h的速度推进纺丝液,纺丝过程中以12~17 kV直流高压电,漏斗型收集器转速80~120 rpm,卷绕装置速度0.06 m/min。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,液态金属采用刮涂的方法

2 2

实现在TPU纳米纤维包芯纱表面的均匀涂覆,涂覆量为0.032 g/cm~0.06 g/cm。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,在制备PAN复合导电纱线时,静电纺丝的工艺条件如下:针尖与收集器的角度60°,针头与收集器的距离为8 cm,注射泵以0.7 mL/h的速度推进纺丝液,纺丝过程中以12 16 kV直流高压电,漏斗型收集器转速~

80~120 rpm,卷绕装置速度0.06 m/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述液态金属选自镓铟合金、镓锡合金、镓铟锡合金、镓锌合金、铝锂合金、钠钾合金、镓铷合金或镓铯合金中的任一种或几种。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述活性物质选自二氧化锰、石墨烯、MXene中的任一种或几种;所述导电剂选自石墨烯、导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的任一种或几种;所述粘结剂选自聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯、聚丙烯酰胺中的任一种或几种。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述活性物质糊料包含:活性物质0.3~0.8%,导电剂0.1~0.5%,粘结剂0.1~0.3%,余量为去离子水;

活性物质糊料的制备方法如下:先将活性物质、导电剂、粘结剂混合研磨,直至观察不到明显颗粒,再加入去离子水,混合均匀即得;

PAN复合导电纱线与活性物质糊料的质量比为:1:0.1~0.5;

PAN复合导电纱线在活性物质糊料中的浸没和室温晾干步骤重复4次。

9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述凝胶电解质是通过以下方法制备得到的:将氯化锂搅拌溶于去离子水中,加入聚乙烯醇,在30~120℃条件下搅拌溶解1~6小时,即得;其中,氯化锂、聚乙烯醇和去离子水的配比为2~4g:3~6g:30~

50mL;

封装的具体方法为:采用铜胶带作极耳,银浆作粘结剂,聚酰亚胺胶带封装储能器件的正反面。

10.一种纱线状超级电容器,是通过权利要求1~9中任一项所述制备方法得到的。