[發明專利]一種基于聚乙烯醇的柔性電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110310401.7
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113161156B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 戴李宗;吳章鋒;郭傳鑾;繆仲熙;許一婷;袁叢輝;曾碧榕;陳國榮;羅偉昂
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/32;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明公開了一種基于聚乙烯醇的柔性電極及其制備方法，由漿料澆筑并干燥后，再于提供質子的酸溶液的浸泡、水洗滌和裁切后，即得；其中，該漿料由聚乙烯醇、導電碳材料、活性物質和水組成。本發明的柔性電極柔軟可卷曲、折疊、有彈性，可耐受一定程度的摩擦，并具有超級電容器的性能，能進行電荷的充放電，可根據需要，增加活性物質比例，有不小的電容量，可以感應出電荷的變化，非常適合基于柔性電極的可穿戴設備。

技術領域

本發明屬于柔性電極技術領域，具體涉及一種基于聚乙烯醇的柔性電極及其制備方法。

背景技術

隨著移動信息技術的發展，人們生活水平和生產要求的提高，可穿戴設備的需求與功能愈加顯得重要、突出。可穿戴設備被稱為人們的第二層皮膚，在我們身體之外，具有接受我們主動被動輸入指令信號的功能，實現功能化、智能化的作用，給我們的生產生活等各個方面帶來了很多的便利，是現在電子元器件發展的熱點，因此，人們對可穿戴設備的便利性、安全性、制造工藝、生產成本提出了更高的要求。

可穿戴設備，很顯然需要移動的能源供給。作為可穿戴設備的重要部件，能源供給對于可穿戴設備的發展起著很關鍵的作用，可以說儲能方式完全可以決定可穿戴設備的水平和能力。作為能源供給的一種重要組成形式，柔性超級電容器，具有高功率密度、快速沖放電能力的優點，可以快速存儲和釋放能量，作為電池的重要搭檔，在可穿戴設備中得到了廣泛應用。

但目前可穿戴設備的柔性超級電容材料都普遍存在著原料成本貴(如使用金鉑釕銠等貴金屬或稀土元素，或者不易回收重復使用)，制造成本高、生產過程復雜等特點。

另外，目前的柔性超級電容器，多數的結構上還是以三層結構為主，即支撐層(提供電極的物理外觀和機械性能強度的支撐體)、導電層(用于傳輸功能層電流信號的集流體)、功能層(提供電荷存儲功能、信號感應的活性層)，這樣的層狀結構限制了電容器的一些性能，例如：層狀結構的柔性支撐層占用了超級電容器內較大的死體積，導致實際元器件能量密度不高；功能層和導電層是在宏觀上可見的雙層結構，易導致功能層的厚度不足，電容量偏低(過厚的功能層將導致低的電導率和活性物效能，功能層和導電層在使用過程會因為彎曲變形而發生脫落分離或損壞)。

CN?109192521A公開了一種復合型的三維結構的超級電容器電極的制備方法，使用PVDF并混合了乙炔黑、聚乙二醇、聚苯胺，制成電極片，解決了上述問題并且取得了較好的性能。但是由于該技術方案的主體材料是PVDF，親水性較差，并且彈性較差，不宜拉伸，大力沖擊下容易破裂，對于可穿戴設備是一個缺點。使用聚乙二醇雖然解決了電解液浸入電極的問題，但是也占用了較大比例的體積和百分含量，限制了電極容量的提升。另外有文獻中使用了有機溶劑，雖然可以重復回收，但是畢竟還是使用了有機溶劑，工業生產的防護等級將提升。此外，目前超級電容器使用的固態電解質主要是PVA的溶液。電極和固態電解質在接觸面上物質的不同，對物質傳遞與能量傳遞過程有一定的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種基于聚乙烯醇的柔性電極。

本發明的另一目的在于提供上述聚乙烯醇的柔性電極的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種基于聚乙烯醇的柔性電極，其特征在于：由漿料澆筑并干燥后，再于提供質子的酸溶液的浸泡、水洗滌和裁切后，即得；其中，

該漿料由聚乙烯醇、導電碳材料、活性物質和水組成，導電碳材料為乙炔黑、細石墨粉、科琴黑和碳納米管中的至少一種，活性物質為導電聚合物、金屬氧化物和活性炭中的至少一種。

在本發明的一個優選實施方案中，所述導電碳材料為乙炔黑，所述活性材料為聚苯胺。

進一步優選的，所述聚乙烯醇、乙炔黑和聚苯胺的質量比為45∶45∶10。

在本發明的一個優選實施方案中，所述導電碳材料為乙炔黑和碳納米管，所述活性材料為納米二氧化錳粉末。