一种固态聚合物电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种固态聚合物电容器及其制备方法。发明专利技术的固态聚合物电容器包括正极，电解质，隔膜和负极，电解质为聚合物电解质，包括溶剂，聚合单体和锂盐。该方法可控性强、操作简便、价格低廉具有很好的应用前景。该方法得到的固态聚合物电容器具有较高的能量密度和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态聚合物电容器及其制备方法
：本专利技术属于能量存储器件制造领域，涉及一种新型的固态聚合物电容器及其制备工艺。
技术介绍
：目前环境污染日益严峻，化石燃料日益匮乏，发展清洁，便宜及安全的储能技术显得尤为重要。随着混合动力汽车的兴起，超级电容器以其较高功率密度、好的循环寿命、较大的容量、较快的放电过程、较宽的工作温度范围得到越来越多的重视，但是液态电容器存在电解液的泄露，遇明火发生燃烧或爆炸等安全问题，从而限制了柔性电容器的发展。固态电容器中用相对安全的固态电解质取代了可燃性电解液，解决了液态电容器中的安全问题。并且具有一定柔韧性，甚至透明的聚合物电解质还可以实现透明电容器的形状多样性及柔性器件的制备。然而由于聚合物电解质的机械强度和高电导率之间的矛盾使得现有的很多固态聚合物电容器在各种弯曲变形下很难维持原来优异的电化学性能。因此设计适用于固态电容器并且同时兼具高离子电导和柔韧性的聚合物电解质显得尤为重要。本专利技术巧妙的通过原位聚合物的方法设计了一种新型的固态聚合物电容器，该聚合物电解质兼具高的离子电导率的同时又具有突出的机械柔韧性。在解决传统液态电容器电解液泄露的同时，赋予该固态电容器优异的柔韧性，使实现安全的柔性储能器件成为可能。
技术实现思路
：本专利技术提供一种新型的固态聚合物电容器，其特征包括由活性物质，导电添加剂和粘结剂组成的正极，由溶剂、聚合物单体和锂盐组成的聚合物电解质，隔膜以及负极。所述溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙腈(ACN)、二氯甲烷(DCM)、乙二醇二甲醚(DME)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、螺环四氟硼酸季铵盐(SBP-BF4)、1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(Rmim-BF4，R＝C1,C2,C4)、四乙基胺四氟硼酸盐、四甲基胺四氟硼酸盐、三甲基-乙基胺四氟硼酸盐、四丁基胺四氟硼酸盐中的一种或几种，优选四乙基胺四氟硼酸盐、四甲基胺四氟硼酸盐、三甲基-乙基胺四氟硼酸盐、四丁基胺四氟硼酸盐中的一种或几种；溶剂所占的体积分数为10％-90％。优选地，为20％-50％。所述的单体选自至少含有一个氧原子的环状醚类有机物。优选地，所述环状醚类有机物选自至少含有1个氧原子的C2～C20环烷烃或至少含有1个氧原子的C3～C20环烯烃。优选地，所述环烷烃醚类有机物选自至少含有1个氧原子的(CH2)nOm单环烷烃、CnH2n-2Om螺环或桥环烷烃，其中，2≤n≤20，1≤m≤6。优选地，2≤n≤12，1≤m≤3。单体所占的体积分数为10％-90％，优选为50％-80％。优选地，所述含有1个氧原子的(CH2)nOm单环烷烃有机物为所述含有2个氧原子的(CH2)nOm单环烷烃有机物为所述含有3个氧原子的(CH2)nOm单环烷烃有机物为优选地，所述CnH2n-2Om桥环烷烃醚类有机物选自含有1个氧原子的含有2个氧原子的含有3个氧原子的优选地，所述CnH2n-2Om螺环烷烃醚类有机物选自含有1个氧原子的含有2个氧原子的含有3个氧原子的优选地，所述环烷烃或环烯烃环上的至少一个碳原子上的至少一个H可以被R1基团取代；所述R1基团选自下述基团的一种：烷基、环烷基、芳基、羟基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基、巯基、烷氧基。优选地，所述含有一个氧的环状醚类有机物选自取代的环氧乙烷、取代或未取代的氧杂环丁烷、取代或未取代的四氢呋喃、取代或未取代的四氢吡喃；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。所述含有两个氧的环状醚类有机物选自取代或未取代的1,3-二氧戊环、取代或未取代的1,4-二氧己环；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。所述含有三个氧的环状醚类有机物选自取代或未取代的三聚甲醛；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。优选地，所述的单体选自至少上述两种环状醚类有机物的混合物，包括环氧乙烷和1,3-二氧戊环的混合物，环氧乙烷和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和1,3-二氧戊环的混合物，四氢呋喃和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和三聚甲醛的混合物，1,3-二氧戊环和三聚甲醛的混合物。更优选地，所述单体选自环氧乙烷和1,3-二氧戊环的混合物，环氧乙烷和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和1,3-二氧戊环的混合物，四氢呋喃和1,4-二氧己环的混合物、1,3-二氧戊环和三聚甲醛的混合物中的至少一种，其中，在这些混合物中，两种单体之间的体积比为1:9-9:1，优选为1:3-3:1。所述锂盐为三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、氯化锂、碘化锂、三(五氟乙基)三氟磷酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种；优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、氯化锂中的一种或多种；电解质溶液中锂盐的摩尔浓度为0.05-7M，优选为1.0-4.0M。优选地，所述锂盐选自上述至少两种锂盐的混合物，包括三氟甲基磺酸锂和六氟磷酸锂混合物、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂和六氟磷酸锂混合物、六氟硼酸锂与三氟甲基磺酸锂的混合物、三氟甲基磺酸锂和四氟硼酸锂混合物、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂和四氟硼酸锂混合物、三氟甲基磺酸锂和高氯酸锂混合物，以及双(三氟甲基磺酸)亚胺锂和高氯酸锂混合物的至少一种；更优选地，所述锂盐可选自三氟甲基磺酸锂和六氟磷酸锂混合物、六氟硼酸锂与三氟甲基磺酸锂的混合物、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂和六氟磷酸锂混合物、三氟甲基磺酸锂和四氟硼酸锂混合物、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂和四氟硼酸锂混合物，其中，电解质溶液中三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂的摩尔浓度为0.5-2.0M，六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟硼酸锂的摩尔浓度为0.03-0.08M。。所述的固态聚合物电容器正极中，活性物质为活性炭(AC)、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、生物炭、碳材料与金属氧化物的复合物(活性炭与TiO2,ZnO,Al2O3,Cr2O3,CoO,SiO2,NiO,MnO2的复合物等)、金属氧化物(RuO2,RuO2.H2O,MnO2,NiO,CoO,TiO2等)、含锂金属氧化物(LiFePO4、锰酸锂、钴酸锂、LiNiO2、LiVO2等,)、导电聚合物(聚吡咯，聚噻吩，聚苯胺，聚对苯，聚并苯，聚乙烯二茂铁等)中的一种或几种；导电添加剂为SuperP，柯琴黑，石墨烯，导电碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，羧甲基纤维素钠(CMC)，丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。所述固态聚合物电容器正极中，活性物质的质量占正极总体质量的70％-99％，导电添加剂占正极总体质量的0.5％-20％，粘结剂占正极总质量的0.5％-20％。所述固态聚合物电容器中的隔膜包括PP膜、PE膜、PP/PE膜、PP/PE/PP膜等。所述固态聚合物电容器负极的活性物质为活性炭、生物炭、金属氧化物(RuO2,RuO2.H2O,MnO2,NiO,CoO,TiO2等)、含锂金属氧化物(Li4Ti5O12等)、锂碳复合物、嵌锂硅基复合材料、嵌锂锡碳复合材料、石墨烯中的一种或几种。本专利技术提供一种固态聚合物电容器的制备方法，其特征是包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态聚合物电容器，其特征包括由活性物质，导电添加剂和粘结剂组成的正极和负极，由溶剂、聚合物单体和锂盐组成的聚合物电解质和隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种固态聚合物电容器，其特征包括由活性物质，导电添加剂和粘结剂组成的正极和负极，由溶剂、聚合物单体和锂盐组成的聚合物电解质和隔膜。2.根据权利要求1所述的固态聚合物电容器，所述溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙腈(ACN)、二氯甲烷(DCM)、乙二醇二甲醚(DME)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、螺环四氟硼酸季铵盐(SBP-BF4)、1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(Rmim-BF4，R＝C1,C2,C4)、四乙基胺四氟硼酸盐、四甲基胺四氟硼酸盐、三甲基-乙基胺四氟硼酸盐、四丁基胺四氟硼酸盐中的一种或几种，优选四乙基胺四氟硼酸盐、四甲基胺四氟硼酸盐、三甲基-乙基胺四氟硼酸盐、四丁基胺四氟硼酸盐中的一种或几种；溶剂所占的体积分数为10％-90％。优选地，为20％-50％。3.根据权利要求2所述的固态聚合物电容器，所述聚合单体选自至少含有一个氧原子的环状醚类有机物的一种或几种，单体所占的体积分数为10％-90％，优选为50％-80％；优选地，所述环状醚类有机物选自至少含有1个氧原子的C2～C20环烷烃或至少含有1个氧原子的C3～C20环烯烃；优选地，所述环烷烃醚类有机物选自至少含有1个氧原子的(CH2)nOm单环烷烃、CnH2n-2Om螺环或桥环烷烃，其中，2≤n≤20，1≤m≤6。优选地，2≤n≤6，1≤m≤3；优选地，所述环烷烃或环烯烃环上的至少一个碳原子上的至少一个H可以被R1基团取代；所述R1基团选自下述基团的一种：烷基、环烷基、芳基、羟基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基、巯基、烷氧基；优选地，所述含有一个氧的环状醚类有机物选自取代的环氧乙烷、取代或未取代的氧杂环丁烷、取代或未取代的四氢呋喃、取代或未取代的四氢吡喃；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团；所述含有两个氧的环状醚类有机物选自取代或未取代的1,3-二氧戊环、取代或未取代的1,4-二氧己环；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团；所述含有三个氧的环状醚类有机物选自取代或未取代的三聚甲醛；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团；优选地，所述的单体选自至少上述两种环状醚类有机物的混合物，包括环氧乙烷和1,3-二氧戊环的混合物，环氧乙烷和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和1,3-二氧戊环的混合物，四氢呋喃和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和三聚甲醛的混合物，1,3-二氧戊环和三聚甲醛的混合物；更优选地，所述单体选自环氧乙烷和1,3-二氧戊环的混合物，环氧乙烷和1,4-二氧己环的混合物，四氢呋喃和1,3-二氧戊环的混合物，四氢呋喃和1,4-二氧己环的混合物、1,3-二氧戊环和三聚甲醛的混合物中的至少一种，其中，在这些混合物中，两种单体之间的体积比为1:9-9:1，优选为1:3-3:1。4.根据权利要求2所述的固态聚合物电容器，所述锂盐为三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、氯化锂、碘化锂、三(五氟乙基)三氟磷酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种；优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、四氟硼酸锂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉国，段惠，殷雅侠，李林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11