[發明專利]聚合物電解質及其制備方法、超級電容器及應用

無效

• 申請號: 201210417231.3
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103779090A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 周明杰;劉大喜;王要兵;鐘玲瓏
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01G9/022
• 分類號: H01G9/022
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明屬于新材料領域，尤其涉及聚合物電解質及其制備方法、超級電容器及應用。

背景技術

超級電容器是一種介于充電電池和電容器之間的新型能源器件，具有體積小、容量大、充電速度快、循環壽命長、放電效率高、工作溫度范圍寬、可靠性好和無污染免維護等優點，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置，因而被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。超級電容器工作電解質分為水系電解液、有機液體電解液和聚合物電解質。目前，廣泛使用的液體電解質具有電導率高的優點，但是由于其含有易燃、易揮發的有機溶劑，其在充放電過程中釋放出可燃氣體，特別是在某些非常規工作條件下（如大功率充放電、過充過放等）產生大量熱會加速氣體的產生，導致電池內壓增高，氣體泄漏，甚至起火爆炸，因而存在嚴重的安全隱患。聚合物電解質超級電容器因具有安全、無泄漏、漏電流小等優點而被研究者們所重視。但是，目前所制備的聚合物電解質存在導電率低的問題，影響了聚合物電解質的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種聚合物電解質，解決現有技術所制備的聚合物電解質導電率低的技術問題；以及該聚合物電解質其制備方法、超級電容器及應用。

本發明是這樣實現的，

一種聚合物電解質，含有活性填料、聚丙烯腈、有機離子液體電解液；其中，活性填料和聚丙烯腈重量之比為3~20：100。

以及，

一種聚合物電解質制備方法，包括如下步驟：

將聚丙烯腈加入至有機溶劑中，攪拌混合，再按照活性填料和聚丙烯腈重量之比為3~20：100加入活性填料，將溫度調整至30~50℃，攪拌得到漿料；

將該漿料涂覆于基底上，真空干燥得到聚丙烯腈微孔膜；

惰性氣氛中將該聚丙烯腈微孔膜浸泡于摩爾濃度為0.5~1.5mol/L的有機離子液體電解液中10~60分鐘，得到聚合物電解質。

本發明還提供一種超級電容器，該超級電容器包括上述的凝膠聚合物電解質。

本發明進一步提供上述超級電容器在通訊設備、計算機、電動汽車和/或軍事領域中的應用。

本發明聚合物電解質，包括聚丙烯腈微孔膜，該聚丙烯腈微孔膜上附著有大量的有機離子液體電解液，通過活性填料的“橋接”作用，使有機離子液體電解液與聚丙烯腈微孔膜之間電連接效果顯著增加，實現本發明聚合物電解質的導電率明顯提高。

本發明聚合物電解質制備方法，通過向含聚丙烯腈的有機溶液中加入活性填料并攪拌，最終實現所制備的聚丙烯腈膜具有大量微孔，一方面能夠大大增加離子液體在聚丙烯腈膜上的附著數量，另一方面由于活性填料具有良好的導電性能，使得有機離子液體電解液和聚丙烯腈膜之間的電連接效果顯著增加，有效的提高了本發明聚合物電解質的導電率。

本發明超級電容器通過使用上述聚合物電解質，通過聚合物電解質導電率的明顯增加，實現其儲能性能顯著增加。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例提供一種聚合物電解質，含有活性填料、聚丙烯腈、有機離子液體電解液；其中，活性填料和聚丙烯腈重量之比為3~20：100。

該聚丙烯腈（PAN）的重均分子量優選為1萬~30萬。通過選用該分子量的聚丙烯腈，有利于活性填料更均勻的摻雜于其中，同時具有更好地成膜性。

該活性填料優選為碘化銀（AgI）、鋁酸鋰（LiAlO₂）、氮化鋰（Li₃N）或十二硫二磷鍺十鋰（Li₁₀GeP₂S₁₂）中的一種，活性填料和聚丙烯腈的重量之比為3~20：100。該活性填料的粒徑為100~5000納米。

該有機離子液體電解液包括第一組分和第二組分，第一組分選自N-丁基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽或N-甲氧基乙基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽，該第二組分選自γ-丁內酯、乙腈或碳酸丙烯酯中的一種；也即，該有機離子液體電解液中以N-丁基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽或N-甲氧基乙基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽為溶質，以γ-丁內酯、乙腈或碳酸丙烯酯中的一種為溶劑。具體地，該有機離子液體電解液包括如下種類：

第一組分：N-丁基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽，第二組分：乙腈；

第一組分：N-甲氧基乙基-N-甲基哌啶四氟硼酸鹽，第二組分：乙腈；