專利名稱：一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，屬于超級電容器技術領域。
背景技術：
超級電容器是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和電池之間的新型儲能元件，具有功率密度大、大充放電倍率、循環(huán)壽命長、耐溫性好、環(huán)境友好等優(yōu)點?？蓱糜谛⌒碗娖麟娫?、脈沖電源，近年來，與燃料電池、鋰離子電池以及鎳氫電池等組合成復合電源，滿足了汽車的啟動加速、爬坡、能量回收等要求，同時延長了電池的使用壽命，獲得了廣泛關注。電極材料作為超級電容器的核心部分，直接影響到器件的性能。碳材料是目前研究時間最長，應用最廣泛的電極材料。授權公告號CN 201323134Y的中國專利報道了以高比表面稻殼活性炭和無硫膨脹石墨的復合物作電極材料，30%的氫氧化鉀溶液為電解液，極耳通過鉚焊的方式與極柱相連組裝的超級電容器成本低、壽命長。申請?zhí)枮?200910091711. 3的中國專利介紹了一種基于活性碳纖維布的超級電容器，采用噴涂或蒸鍍的方法在活性碳纖維布的一側附著一層微小金屬鋁顆粒作為導電層，然后采用導電粘合劑粘附在鋁箔集流體兩側制成活性碳纖維電極，提高了超級電容器的工作電壓，降低了內(nèi)阻。導電聚合物的分子結構可設計性及高的儲能特性，為人們開發(fā)具有法拉第效應的新型活性材料開拓了思路。申請?zhí)?00910060774. 2的中國專利報道了一類聚吡咯/聚噻吩衍生物復合導電高分子材料的制備方法，在大功率放電時，具有較高的比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。申請?zhí)?00510027782. 9的中國專利通過將具有雙電層效應的碳材料與聚合物自由基材料復合，制備的超級電容器比容量高、功率密度大、循環(huán)壽命長。公開號為CN 1290047A的中國專利報道了一種聚合物涂布的鋰混合氧化物，改善了材料的存儲壽命和高溫循環(huán)性能。專利號為US 7651 819 B2的美國專利報道了一種多孔炭包覆一種氧化物后再包覆一層聚合物，具有較高的充放電倍率。公開號為CN 101016412A的中國專利公開了一種用于超級電容器的鋰鹽摻雜態(tài)聚苯胺電極材料的制備方法，有效解決了苯胺材料在有機電解液中比電容小的問題。公開號為CN 101488400A的中國專利報道了一種導電高分子修飾活性炭電極用于超級電容器的制備方法，制得的電極材料比電容比單純的活性炭電極提高了 2 3倍。公開號為CN 1760226A的中國專利報道了一種超級電容器用復合導電高分子電極材料，電位窗口大幅度提高。隨著人們對離子一電子混合傳導研究的深入，兼具離子、電子傳導特性的聚合物或復合物用于電池電極、電池隔膜獲得了廣泛的關注。將電池材料弓丨入到超級電容器體系中，開發(fā)電池電容，是儲能器件發(fā)展的一個重要模式。由于目前使用的超級電容器多是液體電解液體系，給儲能器件的維護、裝配及安全帶來很多問題，因此，采用聚合物電解質(zhì)的柔性固態(tài)超級電容器成為車用理想儲能器件之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，采用離子一電子傳導聚合物膜包覆活性物質(zhì)，制備柔性固態(tài)超級電容器電極。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，由活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組成，其特征在于活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組分按質(zhì)量比為70 80 :10 20 : 8 18組成；活性物質(zhì)外層包覆離子一電子傳導聚合物膜，其質(zhì)量占活性物質(zhì)質(zhì)量的3 269L所述的離子一電子傳導聚合物由導電聚合物以及聚合物電解質(zhì)基體組成，通過溶液共混法成膜包覆活性物質(zhì)，二者按15 22 78 85質(zhì)量比混合。所述的導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯，聚噻吩、聚乙炔、聚乙烯咔唑中的一種。所述的聚合物電解質(zhì)基體為聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯一六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。所述的離子一電子傳導聚合物還可以通過化學聚合反應，形成兼有導電聚合物鏈和聚合物電解質(zhì)基體鏈的接枝(分子結構I，OSXSl，OSySl，η為聚合度)或嵌段共聚物(分子結構II，0<X< l，0<y< 1，η為聚合度)通過溶液共混法在活性物質(zhì)外層成膜。
權利要求
1.一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，由活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組成，其特征在于活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組分比為70 80 :10 20 8 18 ；活性物質(zhì)外層包覆離子一電子傳導聚合物膜，其質(zhì)量為活性物質(zhì)質(zhì)量的3 26%。
2.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的離子一電子傳導聚合物由導電聚合物以及聚合物電解質(zhì)基體組成，通過溶液共混法成膜包覆活性物質(zhì)，二者按15 22 78 85質(zhì)量比混合。
3.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯，聚噻吩、聚乙炔、聚乙烯咔唑中的一種。
4.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的聚合物電解質(zhì)基體為聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯一六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。
5.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的活性物質(zhì)的離子一電子傳導聚合物還可以通過化學聚合反應，形成兼有導電聚合物鏈和聚合物電解質(zhì)基體鏈的接枝(分子結構I，OSXSl，OSySl，η為聚合度) 或嵌段共聚物(分子結構II，X < 1，y < 1，η為聚合度)通過溶液共混法在活性物質(zhì)外層成膜。
6.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的電極制備方法為(1)將活性物質(zhì)質(zhì)量3 26%的聚合物在共溶劑中機械攪拌2 8小時，得到離子一電子傳導聚合物溶液；(2)將計量好的活性物質(zhì)在與步驟1相同的溶劑中機械攪拌2 4小時，然后與聚合物溶液混合，機械攪拌2 8小時，除去溶劑得到混合傳導膜包覆的活性物質(zhì)；(3)將活性物質(zhì)、導電劑及粘結劑按照組分比70 80 :10 20 : 8 18，在溶劑中混合制成漿料，涂敷到隔膜上，得到柔性固態(tài)超級電容器電極。
7.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的活性物質(zhì)為活性炭、中間碳相微球、碳纖維、碳納米管、石墨烯、氧化錳、氧化鎳、氧化鐵、氧化錳鋰、氧化鎳鋰、氧化鈦鋰、氧化鐵鋰、氧化鈷鋰中的一種。
8.根據(jù)權利要求1中所述的一種用于柔性固態(tài)超級電容器的電極及其制備方法，其特征在于所述的所述的導電劑為碳納米纖維或碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性固態(tài)超級電容器的電極，由活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組成，其特征在于活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑組分比為70～80∶10～20∶8～18；活性物質(zhì)外層包覆離子－電子傳導聚合物膜，其質(zhì)量為活性物質(zhì)質(zhì)量的3～26%。其采用離子－電子傳導聚合物膜包覆活性物質(zhì)，制備柔性固態(tài)超級電容器電極，是新能源汽車用的一個理想儲能器件，柔性輕薄利于儲能單元與汽車的裝配設計，降低儲能單元重量，安全環(huán)保，針對柔性固態(tài)超級電容器的電極，在活性物質(zhì)外層包覆兼具離子和電子傳導性能的聚合物膜，改善電極與聚合物電解質(zhì)之間的界面性能，降低接觸電阻，提高離子傳導率，提升超級電容器的儲能能力。
文檔編號H01G9/15GK102324317SQ201110271179
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2011年9月14日
發(fā)明者姜濤, 安宇鵬, 張克金, 王丹, 王金興, 米新艷, 榮常如, 許德超, 魏曉川 申請人:中國第一汽車股份有限公司