[发明专利]一种柔性超级电容器及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及超级电容器热管理技术领域，提供了一种柔性超级电容器，包括芯层和包覆形成的壳层，壳层包括第一电极层、电解质层和第二电极层，沿朝芯层延伸方向，第一电极层、电解质层和第二电极层依次层叠设置形成三明治结构，且围合芯层；其中，芯层为相变芯层。由于包括相变芯层和包覆形成的壳层，可以实现电化学储能和相变调温的功能集成，使柔性超级电容器能在外界环境温度过高时吸收热量，降低电容器的温度，而在外界环境温度过低时，相变芯层可将储存的热量释放，提高电容器在低温环境下的电容值，避免低温对电化学性能的不利影响，因此，该柔性超级电容器的工作性能更加稳定。

技术领域

本申请属于超级电容器热管理技术领域，尤其涉及一种柔性超级电容器及其制备方法和应用。

背景技术

随着可穿戴及便携式电子器件(如可卷曲显示器、柔性传感器、柔性驱动器和人造电子皮肤等)的快速发展，柔性超级电容器由于功率密度大、充放电速率快和循环寿命长等优点，呈现出很大的应用价值和发展潜力。然而，环境温度的高低对超级电容器的电化学性能、可靠性和使用安全性有显著影响，温度低时功率密度和能量密度下降，相反，温度高时会引发副反应和电容器老化，甚至会造成安全事故。另一方面，电容器在充放电时，内部产生和积聚的热量也会升高电容器内的局部温度，影响电容器的使用安全和稳定性，对于可穿戴电子器件还会引起人体不适甚至灼伤皮肤,这就要求对其进行有效的温度控制。传统的热管理系统，如风冷和水冷，体积庞大，而且还需要额外的能量输入，增加了系统的重量和复杂性。

相变微胶囊采用有机或无机成膜材料包封相变材料形成具有核-壳结构，利用芯材相变过程中吸收或释放大量潜热的特点来实现热能存储和智能调温的功能，而且相变材料微胶囊化还解决了使用过程中的渗漏、腐蚀和易流动等问题。将相变微胶囊应用于电子器件的热管理上，可以为电子器件提供过热保护，对提高其使用性能和安全性有积极作用。例如中国专利CN107895681A公开了一种可原位热温调节电极材料及其制备方法，相变微胶囊为双壳层结构，不仅可以做超级电容器的电极材料，还具有原位控温的功能。

目前将相变微胶囊复合到超级电容器中进行热管理的应用技术还比较少，特别是要实现的柔性超级电容器的原位热温调节并不容易，比如存在相变微胶囊难于负载、界面性能差、相变温度与电容器工作场景匹配性低等问题。因此，急需开发一种基于相变控温的柔性超级电容器及其制备方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种柔性超级电容器及其制备方法和应用，旨在解决现有的柔性超级电容器仅有电化学储能的单一功能而存在难以实现原位热温调节的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种柔性超级电容器，包括芯层和包覆形成的壳层，壳层包括第一电极层、电解质层和第二电极层，沿朝芯层延伸方向，第一电极层、电解质层和第二电极层依次层叠设置形成三明治结构，且围合芯层；其中，芯层为相变芯层。

第二方面，本申请提供一种柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

制备相变芯层；

沿相变芯层外表面向外延伸方向，在相变芯层外表面依次层叠设置第一电极层、电解质层和第二电极层，形成柔性超级电容器。

第三方面，本申请提供一种柔性超级电容器在可穿戴、便携式电子器件、卷曲显示器、柔性传感器、柔性驱动器和人造电子皮肤中的应用。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请第一方面提供的柔性超级电容器，由于包括芯层和包覆形成的壳层，壳层设为三明治结构，且芯层设为相变芯层，通过芯层和该壳层的复合结构，实现了电化学储能和相变调温的功能集成，使柔性超级电容器能在外界环境温度过高时吸收热量，降低电容器的温度，而在外界环境温度过低时，相变芯层可将储存的热量释放，提高电容器在低温环境下的电容值，避免低温对电化学性能的不利影响，因此，该柔性超级电容器的工作性能更加稳定。