[發(fā)明專利]一種聚合物凝膠電解質(zhì)-電極及其制備方法、超級電容器及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110381271.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113096969A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高潤洲;吳強(qiáng);陳軼群;王喜章;楊立軍;胡征
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/56;H01G11/22;H01G11/48
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王術(shù)娜

本發(fā)明屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物凝膠電解質(zhì)?電極及其制備方法、超級電容器及其制備方法。本發(fā)明提供了一種聚合物凝膠電解質(zhì)?電極的制備方法，包括以下步驟：將聚合單體、導(dǎo)電介質(zhì)、水和引發(fā)劑混合，得到前驅(qū)液；將電極浸潤所述前驅(qū)液后進(jìn)行原位聚合，得到聚合物凝膠電解質(zhì)?電極。本發(fā)明通過將前驅(qū)液滲透到電極材料層中進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，使電極材料的表面與凝膠電解質(zhì)充分接觸，建立有效的電荷傳輸界面，提高了聚合物凝膠電解質(zhì)?電極的儲能性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物凝膠電解質(zhì)-電極及其制備方法、超級電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已在電子設(shè)備、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電子器件的發(fā)展，人們對超級電容器的能量密度、重量、安全性和柔性等方面提出了更高的要求，研究興趣逐漸著重于開發(fā)非對稱、固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)、微型、柔性等新型超級電容器件。

采用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)(例如聚合物凝膠電解質(zhì)等)代替液態(tài)電解質(zhì)，可以防止有害液態(tài)電解質(zhì)的泄露，提高安全性，也可為電子設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計，尤其是在柔性、尺寸和適應(yīng)性等方面帶來根本性的變化。聚合物凝膠電解質(zhì)的常用基體有聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈等。現(xiàn)有技術(shù)中在制備聚合物凝膠電解質(zhì)時通常會使聚合物與液態(tài)電解質(zhì)先形成凝膠，再涂覆到固體電極材料表面。但是這會導(dǎo)致電極材料-聚合物凝膠電解質(zhì)之間難以建立有效的電荷傳輸界面，甚至部分電極材料不能與凝膠電解質(zhì)接觸，從而增加器件的等效串聯(lián)電阻，降低活性材料的利用率。文獻(xiàn)Design of a HighPerformance Thin All-Solid-State Supercapacitor Mimicking the ActiveInterface of Its Liquid-State Counterpart(ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5,13397–13404，Bihag Anothumakkool ect.)中表明現(xiàn)有的聚合物凝膠電解質(zhì)的器件較相應(yīng)液態(tài)電解質(zhì)的器件具有較低的儲能性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種聚合物凝膠電解質(zhì)-電極及其制備方法、超級電容器及其制備方法，本發(fā)明通過將前驅(qū)液滲透到電極材料層中進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，使電極材料的表面與凝膠電解質(zhì)充分接觸，建立有效的電荷傳輸界面，提高了聚合物凝膠電解質(zhì)-電極的儲能性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種聚合物凝膠電解質(zhì)-電極的制備方法，包括以下步驟：

將聚合單體、導(dǎo)電介質(zhì)、水和引發(fā)劑混合，得到前驅(qū)液；

將電極浸潤所述前驅(qū)液后進(jìn)行原位聚合，得到聚合物凝膠電解質(zhì)-電極。

優(yōu)選的，所述聚合單體包括丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈和苯胺中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述前驅(qū)液中聚合單體的質(zhì)量濃度為0.001～3.5g/mL。

優(yōu)選的，所述原位聚合反應(yīng)的溫度為40～80℃，時間為10～240min。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電介質(zhì)包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或正鹽。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電介質(zhì)的物質(zhì)的量和水的體積比為0.1～5mol：1L。

優(yōu)選的，所述引發(fā)劑包括光引發(fā)劑或熱引發(fā)劑，所述光引發(fā)劑包括安息香、安息香乙醚、安息香丁醚或安息香雙甲醚；所述熱引發(fā)劑包括雙氧水、抗壞血酸、過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的聚合物凝膠電解質(zhì)-電極，包括電極和分散在所述電極表面和內(nèi)部的聚合物凝膠電解質(zhì)。

本發(fā)明還提供了一種超級電容器，包括電極、電解質(zhì)、隔膜和夾板，所述電極和電解質(zhì)由上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的聚合物凝膠電解質(zhì)-電極提供。