[发明专利]凝胶聚合物电解质电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型化学材料及其制备领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，其具有能快速充放电、使用寿命长、安全环保等特点，是近几十年随着材料科学的突破而出现的一类新型功率型储能元件, 特别因其能满足高动力需求的能量储存，而备受关注。超级电容器的工作电解质分为水系电解液、有机电解液和聚合物电解质。

其中，聚合物电解质又分为固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质。聚合物电解质锂离子电池和聚合物电解质超级电容器因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低，使用应用受到限制，因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。目前聚合物电解质超级电容器的报道一般是先将凝胶聚合物电解质制成膜，然后与正、负极叠加组装成超级电容器。这种制备方法存在凝胶聚合物电解质与电极真实表面积接触性差、内阻较大，以及制膜工艺复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种凝胶聚合物电解质电容器及其制备方法，通过热引发聚合反应，制备凝胶聚合物电解质电容器，从而达到减小电容器内阻，增加界面间相容性的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种凝胶聚合物电解质电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a) 制备石墨烯电极：将石墨烯、导电剂和粘结剂按质量比85~90：3~6：5~10加入到N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，涂于铝箔上，再辊压成长条形的石墨烯电极；

(b) 制备凝胶聚合物电解质电容器：将隔膜和制备好的所述石墨烯电极依次按所述石墨烯电极、所述隔膜、所述石墨烯电极的顺序叠加、卷绕、装入所述电容器的壳体中；之后将配置好的季膦盐离子液体电解液、聚合物单体和引发剂的混合液注入到组装好的所述电容器的壳体中密封，再加热形成所述凝胶聚合物电解质电容器；

所述季膦盐离子液体电解液、所述聚合物单体和所述引发剂的质量比为 6~10：1：0.002~0.02。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述季膦盐离子液体电解液中溶质为甲基三丁基膦四氟硼酸盐或甲基三丁基膦六氟磷酸盐、溶剂为丙烯晴或聚碳酸酯。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述季膦盐离子液体电解液的浓度为0.5～2 mol/L。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述聚合物单体为醋酸乙烯酯，所述引发剂为偶氮二异丁氰。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述石墨烯的比表面积为200～1000 m²/g，所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述步骤(b)中的所述加热温度为60℃～80℃，所述加热时间为12～48h。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述石墨烯电极厚度为100～200 μm。

在所述的凝胶聚合物电解质电容器的制备方法中，所述N-甲基吡咯烷酮的用量为10～50 mL。

本发明还包括依以上任一项所述的制备方法获得的凝胶聚合物电解质电容器。

与现有技术相比，本发明的凝胶聚合物电解质电容器及其制备方法，通过加热引发聚合反应来制备凝胶聚合物电解质电容器，使所制备的凝胶聚合物电解质与电极材料具有更好的相容性，电容器具有更小电阻值和更大的比电容，并且制作工艺更加简单。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的凝胶聚合物电解质电容器的制备过程大致分为以下两个步骤：

 (a) 制备石墨烯电极：将石墨烯、导电剂和粘结剂按质量比85~90：3~6：5~10加入到N-甲基吡咯烷酮（英文缩写为NMP，下同）中混合均匀，涂于铝箔上，真空100 ℃下干燥后，在10～15 MPa的压力下辊压成石墨烯电极，所得的石墨烯电极厚度为100～200 μm。其中，石墨烯的比表面积为200～1000 m²/g，导电剂可选用乙炔黑，粘结剂可选用聚偏氟乙烯；