[发明专利]用于柔性超级电容器的改性PVA电解质薄膜、其制法与应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种用于柔性超级电容器的改性PVA电解质薄膜、其制法与应用。

背景技术

近年来，随着柔性电子设备的高速发展，对高性能柔性储能电源器件的需求越来越得到重视。其中，新型绿色储能器件-柔性超级电容器得到广泛关注，但现行体系却受柔性电极材料所存在的比容量低、电解质电导率低、热稳定性差，及材料合成工艺复杂等缺点制约，难以满足实际需求。

在柔性超级电容器中，固态电解质是关键组成之一。一般对电解质的性能有如下要求：电导率要高、腐蚀性小、分解电压高、使用温度高；最好是无毒、无味、价廉、不易燃烧、配比简单等。固态电解质尤其是以聚乙烯醇(PVA)凝胶体系为代表的凝胶聚合物电解质，因其具有易成膜、价格低、高电导率且兼具液态电解质与聚合物电解质的优点，是一类具有良好应用前景的固体电解质，是代替水系电解液用于柔性超级电容器的理想材料。

当前，柔性超级电容器大多都采用PVA-无机酸/或碱体系(PVA-H₂SO₄/-H₃PO₄/-KOH等)作为固态电解质，有关改善PVA凝胶电解质性能的方法也主要是围绕聚合物基体性能进行，常用的方式主要有共混、共聚和添加无机填料等。但通过物理交联的PVA凝胶电解质在高温下因物理交联点被破坏而呈现流动态，限制了其实际应用；而化学交联的PVA凝胶电解质在无机酸中的溶胀度较低，影响了其组装电容器的电化学性能。

因此，开发出既满足高电导率又具有良好热稳定性的改性PVA凝胶电解质，已经成为柔性超级电容器领域亟待解决的难题之一，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于柔性超级电容器的改性PVA电解质薄膜、其制法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种用于柔性超级电容器的改性PVA电解质薄膜的制法，其包括： 将聚乙烯醇、无机盐和改性填料于溶剂中均匀混合，并在温度为0-100℃的条件下反应不超过50h，之后将所获改性PVA凝胶电解质制备成膜，再去除其中的溶剂，从而形成所述改性PVA电解质薄膜。

本发明实施例还提供了由前述任一种方法制备的改性PVA电解质薄膜，所述薄膜具有均匀分布的三维孔状结构，所述三维孔状结构中所含孔的孔径为0.1-50μm，且孔与孔之间的距离大于0而小于或等于50μm。

本发明实施例还提供了一种柔性超级电容器，其包括：

相对设置的第一电极材料和第二电极材料，

以及，所述的改性PVA电解质薄膜，其设置于所述第一电极材料和第二电极材料之间；

其中，所述第一电极材料和第二电极材料分别覆设在第一柔性衬底和第二柔性衬底上。。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)提供的一种改性PVA电解质薄膜生产工艺中，可通过“一锅煮”方式实现改性PVA凝胶电解质的制备，其制备工艺简单、操作方便、产品成本低、耗能低、可控性好、易实现大规模工业生产，；

(2)提供的改性PVA凝胶电解质较之未改性的PVA凝胶电解质，电导率及热稳定性能显著提高，而基于该改性PVA凝胶电解质的柔性超级电容器的比电容值和循环稳定性均得以有效改善。

附图说明

图1是本发明一实施例中利用“一锅煮”法制备改性PVA凝胶电解质的原理图以及改性PVA凝胶电解质溶液和固体薄膜的示意图；

图2是本发明一实施例中基于改性PVA凝胶电解质形成的固体薄膜的内部形貌图；

图3是本发明一实施例中基于改性PVA凝胶电解质所制备的柔性超级电容器的照片；

图4是本发明一实施例中基于未改性及改性PVA凝胶电解质所制备的柔性超级电容器的比电容值对比图。

具体实施方式

本发明实施例的一个方面提供了一种用于柔性超级电容器的改性PVA电解质薄膜的制法，其包括：将聚乙烯醇、无机盐和改性填料于溶剂中均匀混合，并在温度为0-100℃的条件下反应不超过50h，之后将所获改性PVA凝胶电解质制备成膜，再去除其中的溶剂，从而形成所述改性PVA电解质薄膜。

进一步的，所述无机盐包括氯化钠、氢氧化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，硝酸钠，硫酸钠，草酸钠，氯化钾，氢氧化钾，碳酸钾，硝酸钾，硫酸钾，草酸钾中的任意一种或两种以上按任意比例的组合，但不限于此。

较为优选的，所述无机盐与聚乙烯醇的质量比为1:1-1:10。