[發(fā)明專利]一種全固態(tài)非對稱電容器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610425124.3
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN105957731B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宏芳;董爽;王正運;肖菲
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/48;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 許恒恒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)能量存儲技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種全固態(tài)非對稱電容器及其制備方法，該電容器是以聚吡咯納米線@納米二氧化錳和聚吡咯納米線分別作為正負極的非對稱電容器，是種全固態(tài)非對稱超級電容器。

背景技術(shù)

超級電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型能源存儲器件，具有充放電倍率高、綠色環(huán)保、循環(huán)壽命長、功率密度大等優(yōu)點，在混合型動力汽車和便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而商業(yè)化超級電容器的能量密度相對較低，極大地阻礙了其取代傳統(tǒng)電池的進程，為此提高超級電容器的能量密度至關(guān)重要。根據(jù)能量密度公式E＝1/2CV²(E:能量密度，C：比電容，V：電壓)，增加超級電容器的比電容和擴寬超級電容器的工作電壓范圍是提升超級電容器能量密度的有效方法，而全固態(tài)非對稱型超級電容器的正負極是使用不同的電化學(xué)活性材料，二者具有不同的工作電壓范圍，將他們進行組裝能夠有效地擴寬超級電容器的電壓范圍，進而有效的提升超級電容器的能量密度，因此全固態(tài)非對稱超級電容器的研究已成當(dāng)前物理學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域十分熱門的研究課題。

一般而言，全固態(tài)超級電容器包括正極、隔膜、固態(tài)電解質(zhì)和負極等組件。其中電極材料是決定全固態(tài)超級電容器性能的關(guān)鍵組分。近年來，由于材料學(xué)、納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米材料以其獨特的物理化學(xué)性能而成為科學(xué)界研究的一大熱點。納米二氧化錳作為一種常見的正極材料，具有環(huán)境友好、價格低廉、比電容理論值高等優(yōu)點，在超級電容器中得到了廣泛的應(yīng)用。然而二氧化錳的導(dǎo)電性差，在實驗中很難達到其比電容理論值，極大地限制了其電化學(xué)性能。

為了改善二氧化錳的導(dǎo)電性進而提升其電容性能，越來越多的研究集中在制備二氧化錳復(fù)合材料，如二氧化錳/石墨烯復(fù)合材料，二氧化錳/金復(fù)合材料，二氧化錳/聚苯胺復(fù)合材料等；有文獻報道是將導(dǎo)電高分子包在二氧化錳的表面，該方法的缺點在于導(dǎo)電高分子的穩(wěn)定性不好，且二氧化錳被包裹后其電容性能很難有效的完全凸現(xiàn)出來。因此，用簡單新穎的方法制備出價格低廉、形貌可控、性能優(yōu)異的二氧化錳復(fù)合材料，仍是被業(yè)界廣為研究卻尚未解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種全固態(tài)非對稱電容器及其制備方法，其中通過對其關(guān)鍵的電極材料的結(jié)構(gòu)及組成，相應(yīng)的制備方法工藝步驟、及反應(yīng)條件等進行改進，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決目前全固態(tài)電容器正極材料導(dǎo)電性差的問題，并且該制備方法操作簡單，正、負極材料的形貌可控，制備得到的電容器具有較高的比電容、能量密度和功率密度。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種全固態(tài)非對稱電容器，其特征在于，該電容器依次包括負極、第一固態(tài)電解質(zhì)、隔膜、第二固態(tài)電解質(zhì)、以及正極，其中，所述正極為附著有納米二氧化錳的聚吡咯納米線復(fù)合材料，所述負極為聚吡咯納米線。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述第一固態(tài)電解質(zhì)和所述第二固態(tài)電解質(zhì)均為包括聚丙烯酸鉀和氯化鉀的混合物。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述隔膜為聚丙烯膜和高分子半透膜中的任意一種。

按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種全固態(tài)非對稱電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)負極聚吡咯納米線材料的制備：將含有高氯酸鈉、吡咯單體、以及磷酸氫二鈉的混合溶液作為電聚合液，接著，采用恒電位沉積法在鎳泡沫上沉積，得到沉積有聚吡咯納米線的鎳泡沫，該聚吡咯納米線即為負極材料；

(2)正極附著有納米二氧化錳的聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備：將所述步驟(1)得到的所述沉積有聚吡咯納米線的鎳泡沫浸沒在含有高錳酸鉀的溶液中進行避光反應(yīng)，即得到附著有納米二氧化錳的聚吡咯納米線復(fù)合材料，該復(fù)合材料即為正極材料；

(3)將所述步驟(1)得到的負極材料浸入到第一電解液中，將所述步驟(2)得到的正極材料浸入到第二電解液中，然后分別取出；接著在所述負極材料和所述正極材料之間設(shè)置隔膜，封裝烘干后即得到全固態(tài)非對稱電容器。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述混合溶液中高氯酸鈉的濃度為0.01mol/L，所述吡咯單體的濃度為0.15mol/L，所述磷酸氫二鈉的濃度為0.2mol/L。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述恒電位沉積法的沉積時間為10min。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述含有高錳酸鉀的溶液中高錳酸鉀的濃度為50mmol/L～100mmol/L。