[发明专利]一种基于海藻酸锂的全固态超级电容器阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于海藻酸锂的全固态超级电容器阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法，属于超级电容器领域。该电解质采用海藻酸锂和乙酸锂为原料，制备出了超级电容器的凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质相比于传统的PVA凝胶聚合物电解质而言具有超高的阻燃特性，在应用于超级电容器时可提高储能器件的安全性。一般的聚合物制备的凝胶聚合物电解质很难具备阻燃特性，无法解决超级电容器在实际应用中的安全隐患(易燃，易爆)。因此，制备具有阻燃特性的凝胶聚合物电解质在超级电容器的实际应用中具有重要的意义。本发明中，海藻酸锂来源丰富，所得凝胶聚合物电解质表现出优异的阻燃特性，是非常有前景的凝胶聚合物电解质材料。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种基于海藻酸锂的全固态超级电容器阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法。

背景技术

超级电容器是解决不可再生能源的重要储能装置之一，具有功率密度高，使用寿命长和安全容限好等优点。随着对电子产品需求的不断增加，开发轻便且具有优异的可靠性和安全性的高性能电源是目前研究超级电容器的主要任务。目前组装超级电容器的电解质大多采用液相体系，如强碱水溶液，有机溶液和离子液体的常被用作超级电容器的电解质。该类超级电容器存在两个缺陷：1)大部分液体电解质具有高毒性和腐蚀性，其使用过程中需避免泄露，因此对器件的封装技术和材料要求苛刻；2)由于需要包装，液体电解质难以制造小而可扩展的超级电容器器件，这两个缺陷大大限制了超级电容器的应用。

作为新一类储能装置，固态超级电容器可完美解决上述问题，近几年引起相当大的关注。凝胶聚合物电解质因具有较高的离子导电性，被广泛应用于固态超级电容器中。目前使用较多的聚合物主体有聚丙烯酸酯(PAA)，聚环氧乙烷(PEO)，聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，目前报道的常用的凝胶聚合物电解质不具备阻燃特性，无法解决固态超级电容器所存在的安全隐患(易燃，易爆)。

海藻酸锂是一类天然多糖大分子，由β-D-甘露糖醛酸(M)和(1-4)连接的α-β-古洛糖醛酸(G)单元组成，具有独特的胶体特性。由于海藻酸锂水溶液在水分蒸发过程中水分子与海藻酸锂分子链之间或海藻酸分子链间会形成氢键，因此具有成膜性。更重要的是，海藻酸盐具有本质阻燃性。藻酸盐结构单元中富含的-COOH和-OH基团在热分解过程中易发生脱水脱羧反应释放出H2O和CO2。因此我们利用海藻酸锂-乙酸锂阻燃凝胶聚合物电解质组装成超级电容器，可以极大地提高储能装置的安全性。

发明内容

本发明利用来源丰富且可再生的海藻酸锂作为原料，制备了可用作超级电容器的阻燃凝胶聚合物电解质。

本发明制备过程简单，不需要昂贵设备，所得产品高阻燃性能好，在将来阻燃超级电容器的大规模应用中具有光明的前景。

一种基于海藻酸锂的全固态超级电容器阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法，制作过程包括以下步骤：

1)配置20mL乙酸锂水溶液(0.5M，1M，2M，3M，3.5M)，加入0.8g海藻酸锂，搅拌溶解，得到海藻酸锂-乙酸锂溶液。

2)将得到的溶液均匀地涂抹于光滑的玻璃片上，静置成膜；

3)将海藻酸锂-乙酸锂凝胶聚合物电解质膜放置与空气中，去除水分，使用酒精灯对其进行燃烧测试；

4)使用活性炭为电极材料，海藻酸锂-乙酸锂凝胶聚合物电解质膜为固态电解质，组装全固态超级电容器，用电化学工作站测试电化学性能。

本发明使用的原料主要是褐藻中提取的海藻酸锂，原料来源广泛、环保绿色、阻燃性高。

本发明方法制备的阻燃凝胶聚合物电解质，可用于组装阻燃全固态超级电容器，提高储能器件的安全性。

本发明方法制备的阻燃凝胶聚合物电解质可大量合成，不需要昂贵设备，可广泛用于阻燃全固态超级电容器中。