本发明涉及一种超级电容的制备方法，特别是涉及一种用编织技术制备绳状超级电容器的方法。
背景技术：
超级电容器(以下简称“超电”)是一种新型储能元件，具有高功率密度、充电时间短、充放电循环稳定性好、工作寿命长等特点。超电由电极、隔膜和电解液组成。常见的超电电极多为平板状，尺寸大、刚性大、弯曲和收卷困难，限制了超电在可穿戴领域的使用。
为此，人们以柔性纤维为基底制备纤维电极，开发了不同形式且具有良好柔性的线状超电。例如，liu等通过在聚酰亚胺纤维上吸附石墨烯，以此为电极制备成线状超电(liul.etal.highlyconductivegraphene-bondedpolyimideyarnsforflexibleelectronics.rscadv.2016,6:108362-108368)，wei等将聚吡咯沉积在棉线上，以其为电极制备线状超电(weic.etal.anall-solid-stateyarnsupercapacitorusingcottonyarnelectrodescoatedwithpolypyrrolenanotubes.carbohydr.polym.2017,169:50-57)，等等。但是由单根/股纤维电极组成的线状超电所提供的能量和功率十分有限，限制了线状超电的实际应用。而多根/股纤维电极的集成、或将线状超电通过串/并联的方法来实现能量和功率的改善，迄今为止未见理想的制备技术。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种用编织技术制备绳状超级电容器的方法，能够提高超电的能量和功率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用编织技术制备绳状超级电容器的方法，包括以下步骤：
(1)将若干根/股纤维电极编织成管状，作为绳状超级电容器的内电极；
(2)在编织完成的内电极的表面包缠上隔膜；
(3)在包缠有隔膜的内电极表面继续编织外电极，形成同轴电极对；
(4)分别从内电极和外电极引出导线，并注入电解质，完成绳状超电的制备。
所述纤维电极为短纤维或连续长丝制成的电极，所述短纤维或连续长丝本身具有电化学活性物质或表面沉积有电化学活性物质。
所述活性物质为在电场作用下能够与电解质中正、负离子形成双电层电容的物质。
所述活性物质为碳材料、导电聚合物或金属氧化物。
所述碳材料为石墨烯、碳纳米管或活性碳。
所述导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩。
所述电解质为nacl液态电解液、na2so4液态电解液、h2so4液态电解液、h3po4/pva凝胶状电解质、或licl/pva凝胶状电解质。
所述步骤(1)中是在不同锭数的绳带编织机上将若干根/股纤维电极编织成有芯或无芯的管状织物。
所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括以下步骤：
(a)在外电极表面再包缠上一层隔膜；
(b)用编织完内电极后余下的纤维束，在包缠隔膜后的外电极表面继续编织，在其表面形成另一个内电极；
(c)在另一个内电极的表面包缠上一层隔膜；
(d)用外电极余下的纤维束，在包缠隔膜后的另一个内电极表面继续编织，在另一个内电极表面完成另一个外电极。
所述步骤(3)和步骤(4)之间还包括以下步骤：
(a)用外电极余下的纤维束继续编织另一只超级电容电极，所述外电极的编织直径缩小至内电极的编织直径，将其作为另一只超级电容的内电极，称为另一个内电极；
(b)到达另一只超级电容的设定长度后停止编织，切断与另一个内电极相连的纤维束，将断口封头处理后，再在另一个内电极的表面包缠上隔膜；
(c)在包缠上隔膜的另一个内电极的表面继续编织另一个外电极。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
(1)由于采用多根/股纤维电极通过编织成为绳状超电，比较已有的单根/股纤维电极组成的线状超电，成倍地提高了超电的能量和功率。(2)使用编织方法，对纤维(束)的作用柔和，可使用多根/股纤维电极一次编织成型，具有操作容易、组装简单的特点。(3)编织成型的绳状超电，具有良好的弯曲性能，且收卷方便。(4)使用已定型的编织机，具有通用性，有利于绳状超电的批量生产。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2同轴电极绳状超电的循环伏安曲线图；
图3通过编织实现多只绳状超电的串联的流程图；
图4串联绳状超电在氯化钠电解液中不同扫速下的循环伏安曲线图；
图5串联绳状超级电容器扫速为5mv/s时不同电压窗口下的循环伏安曲线图；
图6串联绳状超级电容器在电流密度为2.3ma/cm3不同电压区间的恒流充放电曲线图；图7为通过编织实现多只绳状超电串联的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用编织技术制备绳状超级电容器的方法，如图1所示，包括以下步骤：将若干根/股纤维电极编织成管状，作为绳状超级电容器的内电极；在编织完成的内电极的表面包缠上隔膜；在包缠有隔膜的内电极表面继续编织外电极，形成同轴电极对；通过以上三个步骤，在编织机上一次性地完成同轴内、外电极的编织，并且在内外电极之间“嵌入”隔膜，将内、外电极隔离。最后，只需要分别从内电极和外电极引出导线，注入电解质，即可完成绳状超电的制备。
由此可见，本发明利用编织技术，将多根/股本身具有电化学活性或者表面沉积有活性涂层材料的纤维(束)在编织机上一次性地编织成型同轴的内、外电极，制备工艺十分简捷。完成内电极的编织后，不用下机，直接在内电极表面包缠上隔膜，再在隔膜表面编织外电极，将电极和隔膜在编织的过程中完成组装，简化了超电的组装工艺。通过编织，可以方便地增减纤维(束)的根/股数，灵活地改变内外电极的表面积，以获得不同电容性能的绳状超电。
下面通过三个具体的实施例来进一步说明本发明。
实施例1同轴电极的编织和绳状超电的组装
参考图1。
1.1.在c12锭编织机上，将基底为棉纱(ne21)、表面沉积有石墨烯和聚吡咯的12股纤维束编织成管状，作为超电的内电极；
1.2.在内电极的外表面包缠上一层隔膜；
1.3.在包缠有隔膜的内电极表面编织外电极，所使用的纤维束的股数和材料组成和内电极相同(参考本实施例的上述步骤1.1)。
通过以上3个步骤，在编织机上一次性地完成同轴内、外电极的编织，并且在内外电极之间“嵌入”隔膜，将内、外电极隔离。然后，分别在内、外电极引出线，在电极间注入电解液(浓度1m的nacl溶液)，完成超电的制备。
通过电化学工作站chi660d测试了所制备的超电的电化学性能，测试结果见图2。
实施例2同轴多对电极的制备和绳状超电的并联
2.1.选择聚酰胺纤维束(pla-02-003d，150/72)作为基底，多壁碳纳米管片螺旋包缠在聚酰胺纤维束上，螺旋角为60°。然后，与实施例1的步骤1.1～1.3相同，分别用12股纤维束依次编织同轴内、外电极，分别称之为“内电极i”和“外电极i”，保留余下的纤维束，并在内、外电极间“嵌入”隔膜；
2.2.在外电极i表面包缠上一层隔膜；
2.3.用编织完内电极i后余下的纤维束，在包缠隔膜后的外电极i表面继续编织，在其表面形成了内电极ii；
2.4.在内电极ii的表面包缠上一层隔膜；
2.5.用外电极i余下的纤维束，在包缠隔膜后的内电极ii表面继续编织，在其表面完成外电极ii。
分别从内电极和外电极引出导线，在电极间注入电解液，完成同轴排布的两只超电，并实现两只超电的并联。这样，在相同长度的范围内，通过同轴、多层的电极结构，成倍提高电极的表面积，从而提高超电的性能。
通过上述5个步骤，可一次上机编织同轴排布的两对电极(内、外电极i和内、外电极ii)，并实现两对电极的并联。重复上述5个步骤，可以一次性地制备同轴结构的多对电极，并实现多只电极的并联。
实施例3多只绳状超电的编织串联
下列的制备步骤参考图3。
3.1.选择聚酰亚胺纤维束(polyimide)作基底，表面沉积有聚苯胺。用纤维束编织第一只超电。当编织完成设定长度的第一只超电的内电极后(称为“内电极i”)，切断与之相连的纤维束，将断口封头处理后，在内电极i的表面包缠上隔膜；
3.2.在包缠有隔膜的内电极i表面编织外电极(称为外电极i)，当外电极i完全覆盖内电极i后，完成了第一只超电的制备；继续编织至设定长度的第二只超电电极，这时，由于没有内电极组成的芯，所编织的外电极i的编织直径缩小到内电极i的编织直径，将其作为第二只超电的内电极，称为内电极ii。
3.3.到达第二只超电的设定长度后停止编织，切断与内电极ii相连的纤维束，将断口封头处理后，再在内电极ii的表面包缠上隔膜。
3.4.在包缠上隔膜的内电极ii的表面继续编织外电极ii。
从上述步骤可以看出，通过一次上机完成两对电极的编织制备，同时实现两对电极的串联。在电极间注入电解液，即获得两只绳状超电的串联。
通过电化学工作站chi660d测试了编织制备并串联的超电的电化学性能，在氯化钠电解液中不同扫速下的循环伏安特性见图4，在扫速为5mv/s时不同电压窗口下的循环伏安曲线见图5，在电流密度为2.3ma/cm3下的恒流充放电曲线见图6。
重复步骤3.2-3.4，可以实现多只超电的串联，见图7。
不难发现，本发明将多股具有电化学活性的纤维(束)在绳带编织机上编织成同轴排布的内、外电极，和单根/股纤维组成的线状超电相比，成倍地增加了电极的表面积，提高了超电的能量和功率；在编织过程中，将隔膜材料置于内、外排布的同轴电极之间，在编织机上整体成型绳状超电，制备过程简捷。通过本发明的方法，即通过成熟的编织技术将多根/股纤维电极集成为一体，克服了制备方面的难题，解决了单只线状超电在能量和功率上存在的不足，同时还可以通过不同的编织方法将多只超电进行串联或并联，进一步提高柔性超电的能量和功率。