一种可拉伸微型超级电容器及其制备方法

1.本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种可拉伸微型超级电容器及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，现代科学技术飞速发展，一些智能化、柔性化、小型化的电子产品和元器件正在电子行业中蓬勃兴起，如健康追踪器和微传感器等。随着这些微电子器件在各种智能系统及柔性应用中的集成，如何开发与之相匹配的新型柔性储能器件是一项新的挑战。通常来说，该储能系统需要在具有高功率、高能量密度和良好稳定性的同时兼顾轻量化与小型化，并且需要充分利用绿色能源以实现良好的安全环保性。
3.为满足新型储能系统的需求，许多研究已致力于利用先进制造技术(如丝网印刷、激光刻蚀等)来制备电容器、金属-空气电池等储能器件，并取得了较大进展。其中，丝网印刷技术由于其高效率、低成本、可大批量生产等优势被广泛应用于电化学储能领域。该种印刷技术的重点是油墨的调配，目前无机物/聚合物复合物油墨因活性材料无机物提供电化学性能同时聚合物提供适宜粘度而被广泛研究与使用。此外，微型超级电容器具有高功率密度、循环寿命长和易于集成等诸多优点而受到极大关注并具有较好的发展潜力。同时，下一代柔性电子产品将贴近皮肤并具有可伸缩的构型，这对柔性储能器件又提出了可拉伸性新要求，因此，制造可拉伸微型超级电容器适应新一代柔性电子产品的发展是柔性储能领域一项重要研究方向。
4.mxene作为一种新兴二维层状材料，在电化学储能领域展现了出色的应用前景并被广泛应用于柔性储能器件的研究中。目前在平面印刷mxene基微型超级电容器上已取得较大进展，但是大多数报导的器件只具有弯曲与扭转性能而无法实现可拉伸性。而通过合理的结构设计使不可拉伸器件具有优越拉伸性能无疑更适用于各种复杂的应用环境。此外，将mxene材料与一维碳纳米管进行复合可以提供更多的活性位点、更大的比表面积并能在一定程度上提供额外的电容，进而获得更优越的电化学性能。因此，利用丝网印刷技术结合结构设计制备具有高电化学性能的可拉伸微型超级电容器具有极大的应用价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可拉伸微型超级电容器，所制备的电容器阵列具有优良的力学性能和可拉伸性，同时具有较低的界面电阻和优良电化学性能。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可拉伸微型超级电容器，包括从下到上依次设置的柔性基底层、集流体层、电极层和准固态电解质层，所述电极层按质量百分数计包括：70-80％电极活性材料，10-20％电子导电剂和8-12％粘结剂。
7.作为优选，所述电极活性材料包括少层mxene。mxene具有卓越的电导性能，能够有效传导电子和离子，使得超级电容器的充放电速度更快，能量存储效率更高，其高比表面积和多孔结构，可提供更多的电容性能，此外，mxene具有优异的化学稳定性和结构稳定性，能
够承受数千次的充放电循环而不损失性能，而且mxene是一种低成本、可持续和环境友好的材料。其制备过程相对简单，不需要昂贵的装备和稀有资源，有助于降低制造成本和环境影响。
8.作为优选，所述电极活性材料还包括碳纳米管，且所述少层mxene与所述碳纳米管的质量比为(4-9):1。本发明选择上述范围，能够形成最优的导电网络，提高整体电导性能，提供更大的表面积，增加电容性能，并且能够有效改善超级电容器的循环稳定性。
9.作为优选，所述少层mxene由如下方法制备得到：将氟化锂加入到盐酸溶液中，搅拌均匀后加入钛碳化铝前驱体，在油锅中反应生长，反应结束后取出并离心，每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入去离子水摇匀后继续离心，重复5～6次直到上清液的ph值达到6，摇匀后先用氩气鼓泡30min，然后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液离心后收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得少层mxene。本发明采用上述制备方法，成本低，制备工艺简单，且能够获得性能更加优异的少层mxene材料。
10.作为优选，反应生长的温度为35℃；离心的条件如下：转速为3500rpm，时间为10min。采用上述条件，反应条件温和，制备能耗低，且有利于制备出少层且大小均匀的mxene材料。
11.作为优选，所述电子导电剂选自导电炭黑、导电乙炔黑和科琴黑中的一种或多种。上述电子导电剂具有导电性能优异、良好的循环稳定性、可获得性以及环境友好性等优点。
12.作为优选，所述粘结剂由如下质量百分数的组分组成：28-33％聚偏氟乙烯，余量为n-甲基吡咯烷酮。上述配比能够使聚偏氟乙烯更好的溶解在n-甲基吡咯烷酮中，制备出性能优异的粘结剂，进一步使电极与柔性基底更好地粘结，得到具有优异机械性能的电极层。
13.本发明通过合理设计少层mxene、一维碳纳米管和聚偏氟乙烯(pvdf)配方并利用丝网印刷和结构设计方法制备具有高电化学性能的可拉伸微型超级电容器，电极油墨具有良好的粘度和流变性能，可以顺利通过网孔形成具有高分辨率的对称电极，且电极与柔性基底粘附力强，可以进行反复弯曲与扭折而无脱落和裂纹的产生。
14.作为优选，所述准固态电解质层由如下质量百分数的组分组成：5-11％聚乙烯醇、5-11％硫酸，余量为去离子水。上述配比制备出的准固态电解质具有高离子传导率、良好的机械强度和稳定性，能够更好地满足可拉伸微型超级电容器中准固态电解质层的性能要求。
15.作为优选，所述柔性基底层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚丙烯。上述柔性基底材料具有良好的机械强度和韧性，能够耐受弯曲、拉伸和变形等应力。
16.作为优选，所述集流体层的材质为纳米银。纳米银具有高比表面积和导电性能，能够实现更快的电子传输，作为集流体层具有优异的导流性能，此外，纳米银作为集流体层具有优异的机械强度和柔韧性，能够适应不同形状和尺寸的电极结构。
17.本发明可拉伸微型超级电容器在0.2ma/cm2的电流密度下面积电容为12.7mf/cm2，经过2000次充放电循环后，电容保持率为80.0％。
18.本发明的另一个目的在于提供一种可拉伸微型超级电容器的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
19.s1、采用丝网印刷机在柔性基底上印刷集流体油墨，并在80℃烘箱中烘干得到集流体层；
20.s2、称取电极层原料制得电极油墨后，采用丝网印刷机在步骤s1制得的集流体层表面印刷电极油墨，并在60℃真空烘箱中烘干，得到电极层；
21.s3、将导线与电极接触部分用胶带密封，然后将准固态电解质材料涂敷到电极层的表面，静置几分钟后刮去表面的多余准固态电解质，最后用封口膜将整个器件封严并于常温静置2h，得到可拉伸微型超级电容器。
22.作为优选，所述集流体层的烘干时间为25-35min，所述电极层的烘干时间为6-9h。上述烘干时间对于集流体层能够使其与柔性基底层更好地黏附，同时保证集体层的导流性能以及机械性能最优，对于电极层能够去除电极层中过多得溶剂残留，提高电极的电化学性能，同时保证电极层与集流体层的良好结合，避免出现开裂与脱落的情况。
23.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
24.1、本发明提出一种利用丝网印刷和结构设计制备可拉伸微型超级电容器的新策略，通过调整电极油墨的配方，采用丝网印刷技术，实现快速制备可拉伸微型超级电容器阵列，节约制备时间，减少原料浪费，降低制备成本，制备过程节能环保并且可实现大规模批量生产；
25.2、本发明制备的电极活性材料(少层mxene)能够均匀的分布在基底上且无明显的大范围颗粒团聚现象，这样均匀的mxene片能较好的分散在墨水中并能保证在印刷过程中顺利从网孔漏出而不会造成网版堵塞；
26.3、本发明制备的电极油墨，在0.02s-1
低剪切速率下，都具有较高的粘度，随着剪切速率的增加，其粘度在不断降低，在100s-1
高剪切速率下，粘度降至1000cp以下，表现出典型的剪切变稀行为，这是非牛顿流体的典型现象，有利于平面丝网印刷；
27.4、本发明中通过对基底进行合理的结构设计与排列组合，实现可拉伸微型超级电容器阵列并可适应各种复杂的应用环境；
28.5、本发明中制备的可拉伸微型超级电容器阵列具有优良的力学性能和电化学性能，可以印刷在多种柔性基底上且都具有良好的粘附性和分辨率，器件可以进行反复弯曲与扭折无结构破坏，在受到较大的外力影响时，电极依然与基底紧密贴合无脱落现象发生，并且电极表面光滑无裂纹，具有高的面积电容，倍率性能、能量密度和循环稳定性，同时，器件在拉伸10％时，电容保持率可达到95％以上，具有优异的可拉伸性能。
附图说明
29.图1为本发明实施例1制得的少层mxene的扫描电镜图；
30.图2为本发明实施例1印刷的集流体层的扫描电镜图；
31.图3为本发明实施例1印刷的电极表面的扫描电镜图；
32.图4为本发明实施例1制得的电极油墨的粘度剪切速率曲线图。
33.图5为本发明实施例1在不同柔性基板所印刷的微型超级电容器的数码照片。
34.图6为本发明实施例1制得的可拉伸微型超级电容器在弯曲状态下的数码照片；
35.图7为本发明实施例1制得的可拉伸微型超级电容器的恒电流充放电测试示意图；
36.图8为本发明实施例1制得的可拉伸微型超级电容器的能量密度、功率密度和循环
性能测试示意图；
37.图9为利用本发明可拉伸微型超级电容器排列组合阵列结构之一及模拟拉伸结果。
38.图10为利用本发明可拉伸微型超级电容器排列组合阵列结构之二及模拟拉伸结果。
具体实施方式
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
40.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
41.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
42.一种可拉伸微型超级电容器，包括从下到上依次设置的柔性基底层、集流体层、电极层和准固态电解质层，电极层按质量百分数计包括：70-80％电极活性材料，10-20％电子导电剂和8-12％粘结剂。
43.在其中一个具体实施方式中，电极活性材料包括少层mxene。
44.在其他具体实施方式中，电极活性材料还包括碳纳米管，且少层mxene与碳纳米管的质量比为(4-9):1。
45.具体的，少层mxene由如下方法制备得到：将氟化锂加入到盐酸溶液中，搅拌均匀后加入钛碳化铝前驱体，在35℃油锅中反应生长，反应结束后取出并离心，转速为3500rpm，时间为10min，每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入去离子水摇匀后继续离心，转速为3500rpm，时间为10min，重复5～6次直到上清液的ph值达到6，摇匀后先用氩气鼓泡30min，然后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液离心后收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得少层mxene。
46.在具体实施方式中，电子导电剂选自导电炭黑、导电乙炔黑和科琴黑中的一种或多种。
47.在具体实施方式中，粘结剂由如下质量百分数的组分组成：28-33％聚偏氟乙烯，余量为n-甲基吡咯烷酮。
48.本发明通过合理设计少层mxene、一维碳纳米管和聚偏氟乙烯(pvdf)配方并利用丝网印刷和结构设计方法制备具有高电化学性能的可拉伸微型超级电容器，电极油墨具有良好的粘度和流变性能，可以顺利通过网孔形成具有高分辨率的对称电极，且电极与柔性基底粘附力强，可以进行反复弯曲与扭折而无脱落和裂纹的产生。
49.在具体实施方式中，固态电解质层由如下质量百分数的组分组成：5-11％聚乙烯醇、5-11％硫酸，余量为去离子水。
50.在具体实施方式中，柔性基底层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚丙烯。
51.在具体实施方式中，集流体层的材质为纳米银。
52.本发明可拉伸微型超级电容器在0.2ma/cm2的电流密度下面积电容为12.7mf/cm2，经过2000次充放电循环后，电容保持率为80.0％。
53.本发明的另一个目的在于提供一种可拉伸微型超级电容器的制备方法，具体包括如下步骤：
54.s1、采用丝网印刷机在柔性基底上印刷集流体油墨，并在80℃烘箱中烘干25-35min得到集流体层；
55.s2、称取电极层原料制得电极油墨后，采用丝网印刷机在步骤s1制得的集流体层表面印刷电极油墨，并在60℃真空烘箱中烘干6-9h，得到电极层；
56.s3、将导线与电极接触部分用胶带密封，然后将准固态电解质材料涂敷到电极层的表面，静置几分钟后刮去表面的多余准固态电解质，最后用封口膜将整个器件封严并于常温静置2h，得到可拉伸微型超级电容器。
57.以下结合具体实施例对本发明的技术效果进行说明。
58.实施例1：
59.本实施例提供一种丝网印刷可拉伸微型超级电容器制备的方法，包括以下步骤：
60.(1)电极活性材料(少层mxene)的制备：在聚四氟乙烯瓶中配置40ml的9mol/l盐酸溶液，将2g氟化锂(lif)加入溶液中以400rpm转速搅拌均匀，然后在通风橱中将2g钛碳化铝(ti3alc2)前驱体缓慢加入到搅拌好的溶液中，放入油浴锅中35℃下反应生长，持续搅拌反应24h后将溶液取出进行离心。离心选用两个50ml的离心管，以3500rpm的转速离心10min。每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入40ml去离子水摇匀后继续离心，重复5～6次直到上液的ph值达到6。在每个离心管中加入40ml去离子水，摇匀后用氩气鼓泡30min，结束后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液以3500rpm离心30min，收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得mxene粉末；
61.(2)粘结剂的制备：将pvdf粉末28wt％和nmp溶液72wt％，搅拌直至粉末完全溶解即可得到粘结剂；
62.(3)电极油墨的制备：将mxene粉末70wt％、cnt粉末10wt％、乙炔黑粉末10wt％和粘结剂10wt％，搅拌均匀即可得到电极油墨；
63.(4)准固态电解质的制备：将聚乙烯醇8wt％、浓硫酸8wt％和去离子水84wt％，在85℃水浴锅中搅拌至内部无气泡和表面透明时即可得到准固态电解质；
64.(5)可拉伸微型超级电容器阵列的制备：将柔性基底pet在乙醇、丙酮溶液中超声清洗30min并于60℃烘干，然后将丝网印刷机真空吸附开启，并把切割好的柔性基底固定在平台上，将丝网网版固定，纳米银油墨被均匀的涂抹在网版上，调节刮板运行的速度、压力等参数，使油墨均匀刮开并在压力作用下使油墨透过丝网图案在柔性基底上获得一层所需形状的纳米银油墨，将柔性基底放入80℃烘箱中烘干得到纳米银集流体层。随后采用同样方法将步骤(3)所制备的电极油墨印刷在纳米银集流体层得到对称电极，在真空烘箱60℃干燥12h后，将步骤(4)所制备的准固态电解质直接涂敷在对称电极上并晾干即可得到可拉伸微型超级电容器阵列。
65.下面对实施例1所制得的中间样品及最终样品进行实际测试。
66.图1为少层mxene的扫描电镜图，可以看到，少层mxene片均匀的分布在基底上且无明显的大范围颗粒团聚现象，并且少层mxene片的长度约1-3微米且大小均一，这样均匀的mxene片能较好的分散在墨水中并能保证在印刷过程中顺利从网孔漏出而不会造成网版堵塞。
67.图4为所制备的电极油墨粘度剪切速率曲线图，可以看到，两种油墨在低剪切速率下，都具有较高的粘度，随着剪切速率的增加，其粘度在不断降低，在高剪切速率下，粘度降至1000cp以下，表现出典型的剪切变稀行为，以上特点有利于平面印刷。
68.图5和图6为所获得的可拉伸微型超级电容器在不同柔性基底以及弯曲状态下的照片，由图5可以看到，制备的电极墨水可以印刷在多种柔性基底上(pet板和pi板)且都具有良好的粘附性和分辨率，由图6可以看到，在弯曲状态下结构保持良好，电极表面光滑且无明显裂纹和断裂的产生，具有优良的力学性能。
69.图7为在0.2ma/cm2、0.4ma/cm2、0.6ma/cm2、0.8ma/cm2、1ma/cm2和2ma/cm2七个不同密度下的充放电曲线。可以发现，在0.2ma/cm2的低电流密度下，mxene/cnt器件的面积电容高达12.7mf/cm2，且2ma/cm2的高电流密度下，依然保持10mf/cm2的面积电容。另外mxene/cnt器件十倍的电流密度电容保持率可达78.7％。
70.图8可以发现，器件功率密度为6.0
×
10-2
mw/cm2时，能量密度达到6.4
×
10-4
mwh/cm2，而当功率密度为0.6mw/cm2时，能量密度依然可保持5.0
×
10-4
mwh/cm2。将准固态器件封装好后在0.4ma/cm2电流密度下进行充放电循环测试，2000圈循环后电容仍能有80.0％的循环保持率，器件的稳定性保持良好。
71.图9和图10为通过对基底进行合理的结构设计与排列组合制备可拉伸微型超级电容器阵列，用abaqus软件进行模拟可以发现，在图8的阵列结构中，横向拉伸时应力主要集中在每个岛状之间的连接部分，而在微型超级电容器所在部分(即每个岛)应力分布均匀且较低，说明阵列结构1在横向拉伸时对微型超级电容器所在部分几乎没有影响，从而可以保证横向拉伸过程中器件电容的良好保持率。在图9的阵列结构中，无论横向拉伸还是纵向拉伸，其应力主要集中在岛状连接处，而微型超级电容器所在部分受到均匀且极小应力，这说明阵列结构2可以实现多方向可拉伸性。
72.以上数据证明了本发明所制备的可拉伸微型超级电容器同时具有优良的电化学和力学性能。
73.实施例2：
74.本实施例提供一种可拉伸微型超级电容器制备的方法，包括以下步骤：
75.(1)电极活性材料(少层mxene)的制备：在聚四氟乙烯瓶中配置40ml的9mol/l盐酸溶液，将2g氟化锂(lif)加入溶液中以400rpm转速搅拌均匀，然后在通风橱中将2g钛碳化铝(ti3alc2)前驱体缓慢加入到搅拌好的溶液中，放入油浴锅中35℃下反应生长，持续搅拌反应24h后将溶液取出进行离心，离心选用两个50ml的离心管，以3500rpm的转速离心10min。每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入40ml去离子水摇匀后继续离心，重复5～6次直到上液的ph值达到6，在每个离心管中加入40ml去离子水，摇匀后用氩气鼓泡30min，结束后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液以3500rpm离心30min，收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得mxene粉末；
76.(2)粘结剂的制备：将pvdf粉末32wt％和nmp溶液68wt％，搅拌直至粉末完全溶解即可得到粘结剂；
77.(3)电极油墨的制备：将mxene粉末65wt％、cnt粉末5wt％、导电炭黑粉末20wt％和粘结剂10wt％，搅拌均匀即可得到电极油墨；
78.(4)准固态电解质的制备：将聚乙烯醇7wt％、浓硫酸6wt％和去离子水87wt％，在85℃水浴锅中搅拌至内部无气泡和表面透明时即可得到准固态电解质；
79.(5)可拉伸微型超级电容器阵列的制备：将柔性基底pp在乙醇、丙酮溶液中超声清洗30min并于60℃烘干，然后将丝网印刷机真空吸附开启，并把裁剪好的柔性基底固定在平台上。将丝网网版固定，纳米银油墨被均匀的涂抹在网版上，调节刮板运行的速度、压力等参数，使油墨均匀刮开并在压力作用下使油墨透过丝网图案在柔性基底上获得一层所需形状的纳米银油墨，将柔性基底放入80℃烘箱中烘干得到纳米银集流体层。随后采用同样方法将步骤(3)所制备的电极油墨印刷在纳米银集流体层得到对称电极，在真空烘箱60℃干燥12h后，将步骤(4)所制备的准固态电解质直接涂敷在对称电极上并晾干即可得到可拉伸微型超级电容器。
80.实施例3：
81.本实施例提供一种丝网印刷可拉伸微型超级电容器制备的方法，包括以下步骤：
82.(1)电极活性材料(少层mxene)的制备：在聚四氟乙烯瓶中配置40ml的9mol/l盐酸溶液，将2g氟化锂(lif)加入溶液中以400rpm转速搅拌均匀，然后在通风橱中将2g钛碳化铝(ti3alc2)前驱体缓慢加入到搅拌好的溶液中，放入油浴锅中35℃下反应生长，持续搅拌反应24h后将溶液取出进行离心，离心选用两个50ml的离心管，以3500rpm的转速离心10min。每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入40ml去离子水摇匀后继续离心，重复5～6次直到上液的ph值达到6，在每个离心管中加入40ml去离子水，摇匀后用氩气鼓泡30min，结束后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液以3500rpm离心30min，收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得mxene粉末；
83.(2)粘结剂的制备：将pvdf粉末30wt％和nmp溶液70wt％，搅拌直至粉末完全溶解即可得到粘结剂；
84.(3)电极油墨的制备：将mxene粉末80wt％、导电炭黑粉末10wt％和粘结剂10wt％，搅拌均匀即可得到电极油墨；
85.(4)准固态电解质的制备：将聚乙烯醇10wt％、浓硫酸10wt％和去离子水80wt％，在85℃水浴锅中搅拌至内部无气泡和表面透明时即可得到准固态电解质；
86.(5)可拉伸微型超级电容器的制备：将柔性基底pi在乙醇、丙酮溶液中超声清洗30min并于60℃烘干，然后将丝网印刷机真空吸附开启，并把切割好的柔性基底固定在平台上，将丝网网版固定，纳米银油墨被均匀的涂抹在网版上，调节刮板运行的速度、压力等参数，使油墨均匀刮开并在压力作用下使油墨透过丝网图案在柔性基底上获得一层所需形状的纳米银油墨，将柔性基底放入80℃烘箱中烘干得到纳米银集流体层，随后采用同样方法将步骤(3)所制备的电极油墨印刷在纳米银集流体层得到对称电极，在真空烘箱60℃干燥12h后，将步骤(4)所制备的准固态电解质直接涂敷在对称电极上并晾干即可得到非本征可拉伸微型超级电容器。
87.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术
人员，在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可拉伸微型超级电容器，其特征在于，包括从下到上依次设置的柔性基底层、集流体层、电极层和准固态电解质层，所述电极层按质量百分数计包括：70-80％电极活性材料，10-20％电子导电剂和8-12％粘结剂。2.如权利要求1所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，所述电极活性材料包括少层mxene。3.如权利要求2所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，所述电极活性材料还包括碳纳米管，且所述少层mxene与所述碳纳米管的质量比为(4-9):1。4.如权利要求2或3所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，所述少层mxene由如下方法制备得到：将氟化锂加入到盐酸溶液中，搅拌均匀后加入钛碳化铝前驱体，在油锅中反应生长，反应结束后取出并离心，每次离心结束后测量上清液的ph值，然后将上清液倒掉并向离心管中加入去离子水摇匀后继续离心，重复5～6次直到上清液的ph值达到6，摇匀后先用氩气鼓泡30min，然后在冰水浴中超声1h，将得到的溶液离心后收取黑棕色上液即为少层分散液，将得到的少层分散液冻干后即可获得少层mxene。5.如权利要求4所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，反应生长的温度为35℃；离心的条件如下：转速为3500rpm，时间为10min。6.如权利要求1所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，所述电子导电剂选自导电炭黑、导电乙炔黑和科琴黑中的一种或多种；和/或，所述粘结剂由如下质量百分数的组分组成：28-33％聚偏氟乙烯，余量为n-甲基吡咯烷酮。7.如权利要求1所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，所述准固态电解质层由如下质量百分数的组分组成：5-11％聚乙烯醇、5-11％硫酸，余量为去离子水；和/或，所述柔性基底层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚丙烯；和/或，所述集流体层的材质为纳米银。8.如权利要求1所述的可拉伸微型超级电容器，其特征在于，可拉伸微型超级电容器在0.2ma/cm2的电流密度下面积电容为12.7mf/cm2，经过2000次充放电循环后，电容保持率为80.0％。9.一种如权利要求1-8任一所述的可拉伸微型超级电容器的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：s1、采用丝网印刷机在柔性基底上印刷集流体油墨，并在80℃烘箱中烘干得到集流体层；s2、称取电极层原料制得电极油墨后，采用丝网印刷机在步骤s1制得的集流体层表面印刷电极油墨，并在60℃真空烘箱中烘干，得到电极层；s3、将导线与电极接触部分用胶带密封，然后将准固态电解质材料涂敷到电极层的表面，静置几分钟后刮去表面的多余准固态电解质，最后用封口膜将整个器件封严并于常温静置2h，得到可拉伸微型超级电容器。10.如权利要求9所述的可拉伸微型超级电容器的制备方法，其特征在于，所述集流体层的烘干时间为25-35min，所述电极层的烘干时间为6-9h。

技术总结
本发明公开了一种可拉伸微型超级电容器，包括从下到上依次设置的柔性基底层、集流体层、电极层和准固态电解质层，电极层按质量百分数计包括：70-80％电极活性材料，10-20％电子导电剂和8-12％粘结剂，本发明还公开了可拉伸微型超级电容器的制备方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明提出一种利用丝网印刷和结构设计制备可拉伸微型超级电容器的新策略，通过调整电极油墨的配方，采用丝网印刷技术，实现快速制备可拉伸微型超级电容器阵列，节约制备时间，减少原料浪费，降低制备成本，制备过程节能环保并且可实现大规模批量生产。生产。生产。


技术研发人员：官操 吴鹏辉 卜凡 王强政 刘向晔
受保护的技术使用者：西北工业大学宁波研究院
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/6