[發明專利]一種基于PBI?KOH陰離子導電聚合物電解質的全固態超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201610035615.7
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105575676B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 閆健;徐晨曦;吳玉程;秦清清
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生,盧敏

技術領域

本發明屬于儲能器件技術領域，特別涉及一種基于PBI-KOH陰離子導電聚合物電解質的全固態超級電容器及其制備方法。

背景技術

作為新型綠色儲能裝置之一的超級電容器，因具有較高的功率密度、較大的充放電倍率、較穩定的循環性能，獲得了廣泛的關注。特別是近年來，隨著可穿戴電子設備市場的快速發展，靈活的、可伸縮的超級電容器成為最熱門的研究課題之一。這些柔性的固態超級電容器通常使用基于聚乙烯醇(PVA)的凝膠電解質進行器件的組裝，如使用PVA-KOH、PVA-H₂SO₄或PVA-H₃PO₄凝膠電解質。這些電解質具有低成本、高吸水性能和較高的容量等特點，適合制作靈活的準固態超級電容器。然而，由于溶劑的蒸發會造成安全問題及離子導電率的損失，使得這些準固態超級電容器存在安全隱患及限制其廣泛應用。

陰離子導體聚合物電解質不存在電解液溢出的問題，具有更高的安全性和更大的靈活性，并且包裝方便，具有實用性。但目前尚未有適用于全固態超級電容器的陰離子導體聚合物電解質出現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于全固態超級電容器的聚合物電解質及其制備方法，在此基礎上組裝得到的全固態超級電容器無需添加電解液，不存在電解液泄漏、爬堿等安全隱患，并且獲得了較高的功率密度和較好的循環穩定性，制備方法簡單，成本低。因此對高儲能器件的制備及應用具有十分重要的意義。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明基于PBI-KOH陰離子導電聚合物電解質的全固態超級電容器，其特點在于：所述全固態超級電容器是以KOH摻雜的PBI陰離子導電聚合物作為電解質、以KOH摻雜的PBI陰離子導電聚合物膜作為隔膜、以理論比容量較高的Ni(OH)₂納米球作為正極材料、以高比表面積的活性炭、介孔碳或碳納米管作為負極材料，添加集流體后組裝而成。其中，所述KOH摻雜的PBI陰離子導電聚合物膜的厚度為7.5～50μm之間。

本發明全固態超級電容器的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用滴落涂布法制備KOH摻雜的PBI陰離子導電聚合物膜

首先將PBI溶解在二甲基乙酰胺中，配制質量分數為5％的PBI溶液，并采用流延法成膜工藝制得PBI陰離子導電聚合物膜；將PBI陰離子導電聚合物膜浸入濃度在1～6M的KOH溶液中，常溫反應10min～10days，取出干燥，即獲得用于作為隔膜的KOH摻雜的PBI陰離子導電聚合物膜；

(2)制備正極漿料

將Ni(OH)₂納米球、導電劑、PBI溶液(與步驟(1)中PBI溶液相同)和粘結劑混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，60℃攪拌12h，獲得正極漿料；優選的，Ni(OH)₂納米球、導電劑、PBI和粘結劑的質量百分比為65％:15％:15％:5％。

Ni(OH)₂納米球采用沉淀法制備，具體步驟是：將2mmol NiSO₄溶解在50mL去離子水中，然后加入2mmol NH₃·H₂O，在65℃攪拌30min，隨后在60℃烘干，即得產物。

(3)制備負極漿料

將負極材料、導電劑、PBI溶液(與步驟(1)中PBI溶液相同)和粘結劑混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，60℃攪拌12h，獲得負極漿料；優選的，負極材料、導電劑、PBI和粘結劑的質量百分比為65％:15％:15％:5％。

(4)制備正極片和負極片

將正極漿料均勻涂覆在極片上，60℃下烘干后，再在100℃下烘干12h，獲得正極片；將負極漿料均勻涂覆在極片上，60℃下烘干后，再在100℃下烘干12h，獲得負極片；分別在正極片和負極片的表面滴50～500μL cm^-2的濃度為6M的KOH，然后晾干；

(5)組裝

按照集流體、正極片、隔膜、負極片、集流體的順序進行組裝，即獲得非對稱型全固態超級電容器。

其中，所述粘結劑為PVDF，所述導電劑為導電碳黑。所述集流體為不銹鋼網。所述極片為碳紙。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

本發明基于PBI-KOH陰離子導電聚合物電解質的全固態超級電容器，無需補充電解液，并且具有較高的比容量和良好的穩定性。