[发明专利]一种全固态非对称电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学能量存储技术领域，更具体地，涉及一种全固态非对称电容器及其制备方法，该电容器是以聚吡咯纳米线@纳米二氧化锰和聚吡咯纳米线分别作为正负极的非对称电容器，是种全固态非对称超级电容器。

背景技术

超级电容器作为一种介于传统电容器和电池之间的新型能源存储器件，具有充放电倍率高、绿色环保、循环寿命长、功率密度大等优点，在混合型动力汽车和便携式电子设备等领域得到了广泛的应用。然而商业化超级电容器的能量密度相对较低，极大地阻碍了其取代传统电池的进程，为此提高超级电容器的能量密度至关重要。根据能量密度公式E＝1/2CV²(E:能量密度，C：比电容，V：电压)，增加超级电容器的比电容和扩宽超级电容器的工作电压范围是提升超级电容器能量密度的有效方法，而全固态非对称型超级电容器的正负极是使用不同的电化学活性材料，二者具有不同的工作电压范围，将他们进行组装能够有效地扩宽超级电容器的电压范围，进而有效的提升超级电容器的能量密度，因此全固态非对称超级电容器的研究已成当前物理学和材料学领域十分热门的研究课题。

一般而言，全固态超级电容器包括正极、隔膜、固态电解质和负极等组件。其中电极材料是决定全固态超级电容器性能的关键组分。近年来，由于材料学、纳米技术的快速发展，纳米材料以其独特的物理化学性能而成为科学界研究的一大热点。纳米二氧化锰作为一种常见的正极材料，具有环境友好、价格低廉、比电容理论值高等优点，在超级电容器中得到了广泛的应用。然而二氧化锰的导电性差，在实验中很难达到其比电容理论值，极大地限制了其电化学性能。

为了改善二氧化锰的导电性进而提升其电容性能，越来越多的研究集中在制备二氧化锰复合材料，如二氧化锰/石墨烯复合材料，二氧化锰/金复合材料，二氧化锰/聚苯胺复合材料等；有文献报道是将导电高分子包在二氧化锰的表面，该方法的缺点在于导电高分子的稳定性不好，且二氧化锰被包裹后其电容性能很难有效的完全凸现出来。因此，用简单新颖的方法制备出价格低廉、形貌可控、性能优异的二氧化锰复合材料，仍是被业界广为研究却尚未解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种全固态非对称电容器及其制备方法，其中通过对其关键的电极材料的结构及组成，相应的制备方法工艺步骤、及反应条件等进行改进，与现有技术相比能够有效解决目前全固态电容器正极材料导电性差的问题，并且该制备方法操作简单，正、负极材料的形貌可控，制备得到的电容器具有较高的比电容、能量密度和功率密度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种全固态非对称电容器，其特征在于，该电容器依次包括负极、第一固态电解质、隔膜、第二固态电解质、以及正极，其中，所述正极为附着有纳米二氧化锰的聚吡咯纳米线复合材料，所述负极为聚吡咯纳米线。

作为本发明的进一步优选，所述第一固态电解质和所述第二固态电解质均为包括聚丙烯酸钾和氯化钾的混合物。

作为本发明的进一步优选，所述隔膜为聚丙烯膜和高分子半透膜中的任意一种。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种全固态非对称电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)负极聚吡咯纳米线材料的制备：将含有高氯酸钠、吡咯单体、以及磷酸氢二钠的混合溶液作为电聚合液，接着，采用恒电位沉积法在镍泡沫上沉积，得到沉积有聚吡咯纳米线的镍泡沫，该聚吡咯纳米线即为负极材料；

(2)正极附着有纳米二氧化锰的聚吡咯纳米线复合材料的制备：将所述步骤(1)得到的所述沉积有聚吡咯纳米线的镍泡沫浸没在含有高锰酸钾的溶液中进行避光反应，即得到附着有纳米二氧化锰的聚吡咯纳米线复合材料，该复合材料即为正极材料；

(3)将所述步骤(1)得到的负极材料浸入到第一电解液中，将所述步骤(2)得到的正极材料浸入到第二电解液中，然后分别取出；接着在所述负极材料和所述正极材料之间设置隔膜，封装烘干后即得到全固态非对称电容器。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述混合溶液中高氯酸钠的浓度为0.01mol/L，所述吡咯单体的浓度为0.15mol/L，所述磷酸氢二钠的浓度为0.2mol/L。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述恒电位沉积法的沉积时间为10min。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述含有高锰酸钾的溶液中高锰酸钾的浓度为50mmol/L～100mmol/L。