[發明專利]一種基于海藻酸鋰的全固態超級電容器阻燃凝膠聚合物電解質的制備方法

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• 申請號: 201810044277.2
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108364803A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 楊東江;鄒譯慧;葉婷婷;趙小亮
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于海藻酸鋰的全固態超級電容器阻燃凝膠聚合物電解質的制備方法，屬于超級電容器領域。該電解質采用海藻酸鋰和乙酸鋰為原料，制備出了超級電容器的凝膠聚合物電解質。該凝膠聚合物電解質相比于傳統的PVA凝膠聚合物電解質而言具有超高的阻燃特性，在應用于超級電容器時可提高儲能器件的安全性。一般的聚合物制備的凝膠聚合物電解質很難具備阻燃特性，無法解決超級電容器在實際應用中的安全隱患(易燃，易爆)。因此，制備具有阻燃特性的凝膠聚合物電解質在超級電容器的實際應用中具有重要的意義。本發明中，海藻酸鋰來源豐富，所得凝膠聚合物電解質表現出優異的阻燃特性，是非常有前景的凝膠聚合物電解質材料。

技術領域

本發明屬于超級電容器領域，具體涉及一種基于海藻酸鋰的全固態超級電容器阻燃凝膠聚合物電解質的制備方法。

背景技術

超級電容器是解決不可再生能源的重要儲能裝置之一，具有功率密度高，使用壽命長和安全容限好等優點。隨著對電子產品需求的不斷增加，開發輕便且具有優異的可靠性和安全性的高性能電源是目前研究超級電容器的主要任務。目前組裝超級電容器的電解質大多采用液相體系，如強堿水溶液，有機溶液和離子液體的常被用作超級電容器的電解質。該類超級電容器存在兩個缺陷：1)大部分液體電解質具有高毒性和腐蝕性，其使用過程中需避免泄露，因此對器件的封裝技術和材料要求苛刻；2)由于需要包裝，液體電解質難以制造小而可擴展的超級電容器器件，這兩個缺陷大大限制了超級電容器的應用。

作為新一類儲能裝置，固態超級電容器可完美解決上述問題，近幾年引起相當大的關注。凝膠聚合物電解質因具有較高的離子導電性，被廣泛應用于固態超級電容器中。目前使用較多的聚合物主體有聚丙烯酸酯(PAA)，聚環氧乙烷(PEO)，聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，目前報道的常用的凝膠聚合物電解質不具備阻燃特性，無法解決固態超級電容器所存在的安全隱患(易燃，易爆)。

海藻酸鋰是一類天然多糖大分子，由β-D-甘露糖醛酸(M)和(1-4)連接的α-β-古洛糖醛酸(G)單元組成，具有獨特的膠體特性。由于海藻酸鋰水溶液在水分蒸發過程中水分子與海藻酸鋰分子鏈之間或海藻酸分子鏈間會形成氫鍵，因此具有成膜性。更重要的是，海藻酸鹽具有本質阻燃性。藻酸鹽結構單元中富含的-COOH和-OH基團在熱分解過程中易發生脫水脫羧反應釋放出H2O和CO2。因此我們利用海藻酸鋰-乙酸鋰阻燃凝膠聚合物電解質組裝成超級電容器，可以極大地提高儲能裝置的安全性。

發明內容

本發明利用來源豐富且可再生的海藻酸鋰作為原料，制備了可用作超級電容器的阻燃凝膠聚合物電解質。

本發明制備過程簡單，不需要昂貴設備，所得產品高阻燃性能好，在將來阻燃超級電容器的大規模應用中具有光明的前景。

一種基于海藻酸鋰的全固態超級電容器阻燃凝膠聚合物電解質的制備方法，制作過程包括以下步驟：

1)配置20mL乙酸鋰水溶液(0.5M，1M，2M，3M，3.5M)，加入0.8g海藻酸鋰，攪拌溶解，得到海藻酸鋰-乙酸鋰溶液。

2)將得到的溶液均勻地涂抹于光滑的玻璃片上，靜置成膜；

3)將海藻酸鋰-乙酸鋰凝膠聚合物電解質膜放置與空氣中，去除水分，使用酒精燈對其進行燃燒測試；

4)使用活性炭為電極材料，海藻酸鋰-乙酸鋰凝膠聚合物電解質膜為固態電解質，組裝全固態超級電容器，用電化學工作站測試電化學性能。

本發明使用的原料主要是褐藻中提取的海藻酸鋰，原料來源廣泛、環保綠色、阻燃性高。

本發明方法制備的阻燃凝膠聚合物電解質，可用于組裝阻燃全固態超級電容器，提高儲能器件的安全性。

本發明方法制備的阻燃凝膠聚合物電解質可大量合成，不需要昂貴設備，可廣泛用于阻燃全固態超級電容器中。