[发明专利]超级电容器电极材料及制备方法和由其制作的超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料及其制备方法，特别涉及一种超级电容器电极材料及制备方法和由其制作的超级电容器，属于储能器件技术领域。

背景技术

超级电容器又称为电化学电容器，它具有功率密度大、充放电速度快，循环寿命长、稳定性好、可以作为一种新型的电能储能元器件。目前所使用的电能储能元件主要是电池，但电池存在功率密度低、使用寿命短、体积大等缺点，极大的限制了其应用领域，超级电容器能够弥补这种缺陷。随着在微电子技术、信息与通讯技术、军事科技等领域中大规模集成电路、高速度、大容量计算机技术、通讯技术的迅猛发展，这种具有优良的脉冲充放电性能以及大容量储能性能的超级电容器开始逐渐成为全球研究的热点。超级电容器能量的储存是通过采用高比表面积的多孔电极以及将能量储存在其扩散双层之间来实现的。充电时产生的电容包括：在电极/电解液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容（double-layer capacitance）；或在电极表面或体相中的二维或准二维空间，电活性物质发生欠电位沉积，高可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应产生与电极充电电位有关的法拉第准电容（pseudocapacitance）。

超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关，而电极材料是其中最主要的因素，因为电极材料性能的好坏直接影响到超级电容器性能的好坏。目前使用的电极材料主要有碳材料、金属氧化物和聚合物材料。其中碳材料因为具有较高的电导率、大的比表面积，被用作双电层电容器；而金属氧化物和聚合物在充放电过程中伴随着氧化还原反应，具有较大的法拉第电流，被用作赝电容器。目前使用的超级电容器主要由于受到电极材料和电解质的限制，对器件的封装要求较高，器件的体积也较大。为了适应目前器件小型化、集成化和模块化的需求，出现了固态的柔性超级电容器。固态柔性超级电容器采用固态的电解质，并且电极材料一般是具有柔性的薄膜，对封装的要求不高，且体积明显减小，这满足了市场对器件薄、小、轻的要求。

发明内容

本发明的目的正是提供一种柔性超级电容器电极材料及其制备方法，以及提供一种能够满足市场对器件薄、小、轻要求的一种聚偏氟乙烯基固态柔性超级电容器。该柔性超级电容器电极材料包括聚偏氟乙烯基和与聚偏氟乙烯能够产生导电活性物质的添加物；方法采用聚偏氟乙烯和添加物按比例混合制成膜，通过物理化学过程对膜进行活化处理形成电极材料，再制备为柔性超级电容器。本发明制备的电极材料不用直接添加活性物质；制备的柔性超级电容器充放电性能好、速度快、循环寿命长；其本身可弯曲折叠，最薄厚度达200μm。

为实现上述目的，本发明采用以下技术措施构成的技术方案来实现。

本发明的柔性超级电容器电极材料，所述材料的组成，以质量百分比计包括50～99%的聚偏氟乙烯基和1～50%的与聚偏氟乙烯能够产生导电活性物质的添加物。

上述方案中，所述与聚偏氟乙烯基能够产生导电活性物质的添加物为碳酸钾盐类物质或氢氧化钾碱性物质。

上述方案中，所述添加物为碳酸钾盐类物质，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99%：1%～50%：50%；所述添加物为氢氧化钾碱性物质，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99%：1%～50%：50%。

本发明一种柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）将聚偏氟乙烯基和与聚偏氟乙烯基能够产生导电活性物质的添加物按质量百分比50～99%：1～50%混合均匀后，用有机溶剂将其充分溶解成混合溶液；

（2）将步骤（1）得到的溶解有聚偏氟乙烯基和添加物的混合溶液涂覆在承载膜的衬底上，然后烘干成聚偏氟乙烯基复合膜；

（3）对步骤（2）得到的聚偏氟乙烯基复合膜进行活化处理，从而制得柔性超级电容器的膜电极材料。

上述方案中，所述添加物为碳酸钾盐类物质或氢氧化钾碱性物质；添加物为碳酸钾盐类物质，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99%：1%～50%：50%；添加物为氢氧化钾碱性物质，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99%：1%～50%：50%。

上述方案中，所述的有机溶剂是既能够溶解聚偏氟乙烯，又相对于添加剂稳定的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、或二甲基亚砜（NMP）、或N-甲基吡咯烷酮（DMSO）。

上述方案中，所述对聚偏氟乙烯基复合膜活化处理是将其在80～250℃下热处理1～120分钟，然后将热处理后的复合膜在氢氧化钾溶液中浸泡1～600分钟。