[發明專利]離子液凝膠電解質體系和含該體系的超級電容器

有效

• 申請號: 201310044038.4
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103971949B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 陳永勝;楊希;侯棟;張燕
• 申請（專利權）人: 南開大學;天津普蘭納米科技有限公司
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

公開了離子液凝膠電解質體系，包括氧化石墨烯、離子液體、以及共聚物基質。同時公開了基于該離子液凝膠電解質體系的超級電容器，該超級電容器具有令人滿意的能量密度（可達82Wh/Kg）、倍率性能以及循環性能。

技術領域

本申請涉及離子液凝膠電解質，基于這種離子液凝膠電解質的超級電容器，以及其制備方法。

背景技術

超級電容器(Supercapacitors)是一種環保的儲能器件。與傳統電容器相比，超級電容器具有優異的功率特性，較高的儲能效率，長的使用壽命。可以廣泛應用于緊急備用電源，便攜式電源以及混合動力汽車電源等領域。

傳統的超級電容器是由工作電極、多孔隔膜、電解液、封裝外殼、電極引出裝置等所組成的。由于采用金屬罐作為外殼，所以很難制備出具有大面積的薄性、柔性的超級電容器。為了解決上述問題，已經使用凝膠化電解質體系代替傳統電解液制備新型超級電容器。此類電容器中，由于電解液呈凝膠狀，且凝膠電解液與工作電極間具有粘合力，因此，無需使用金屬外殼。這樣就可以使用膜狀外殼來使超級電容器變薄，變輕，結構更加多樣化。

凝膠電解質體系是液體電解液（包括水系電解液、有機系電解液以及離子液）同高分子形成的凝膠狀復合物。然而，在使用基于水系電解液和有機系電解液的凝膠電解質體系并采用膜狀外殼時，超級電容器在高溫環境下，由于溶劑的揮發，蒸汽壓上升而發生膨脹，會增加器件的內部壓力，改變電解質體系組成，影響器件的性能。而基于離子液的凝膠電解質體系，由于具有優異的熱穩定性，無揮發性，無燃燒性以及無毒性等優點，是制備超級電容性的理想選擇。

然而，現有技術中的離子液凝膠電解質體系具有較低的離子導電性，同電極相容性較差，導致了基于離子液凝膠電解質的超級電容器較差的倍率性能和循環性能。因此亟需發展新的離子液凝膠電解質體系以改善電容器的性能。

概述

一方面，本申請提供了一種離子液凝膠電解質體系，包括：

1）氧化石墨烯；

2）離子液體；以及

3）聚合物基質。

在離子液凝膠電解質體系的某些實施方案中，所述氧化石墨烯和離子液體的重量比例可為1:1-10,000。聚合物基質的量可根據具體情況確定，通常情況下離子液體和聚合物基質的重量比可為1:0.5-100。

在離子液凝膠電解質體系的另外某些實施方案中，所述氧化石墨烯和離子液體的重量比例可為1:1-1,000，離子液體和聚合物基質的重量比可為1:1-10。

另一方面，本申請提供了一種制備離子液凝膠電解質體系的方法，包括將氧化石墨烯分散在離子液體中，并將聚合物基質混合制成凝膠。

再一方面，本申請提供了一種超級電容器，包含上述的離子液凝膠電解質體系。

本申請又一方面提供了一種制備超級電容器的方法，包括：提供電容器電極；以及將上述的離子液凝膠電解質體系置于所述電極之間。

本申請的凝膠電解質體系具有高的離子導電性，優異的熱穩定性。因此，這種凝膠電解質體系可廣泛的使用于電化學裝置，如超級電容器。由此制得的超級電容器與現有技術中的超級電容器相比具有優異的電學性質。

附圖說明

圖1為根據本申請一實施方案所制備的單層氧化石墨烯原子力顯微鏡圖；

圖2為根據本申請一實施方案所制備的凝膠電解質體系的數碼圖片；

圖3為根據本申請一實施方案所制備的超級電容器的結構示意圖；

圖4為根據本申請一實施方案所制備的超級電容器在1A/g的電流密度下的充放電曲線；