一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术的一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，采用溶胶凝胶辅助固相法制备得到钛酸钡电解质材料，同时使用炭化法活化制备所得酚醛保温板裂解碳材料作为电极材料，从而组装得到全固态超级电容器。相比于传统液态电解质超级电容器，本发明专利技术所制得超级电容器具有使用寿命长、挥发性与可燃性低、安全系数高等优点，同时避免了传统液态电解质电解液易燃或有毒等缺点，因而本发明专利技术制备得到的超级电容器性能更加优异、更加安全。

A preparation method of barium titanate based all solid state super capacitor

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法
本专利技术属于超级电容器电解质的制备
，涉及一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法。
技术介绍
能源供应的可持续性已经成为社会发展的巨大挑战之一，气候的变化和化石燃料的减少促使人类去寻找可再生的能源。大多数可再生能源高度依赖日照和天气条件(如风能、太阳能和地热等)而难以持续供能，因此有必要发展能量转换及存储装置以有效获取间歇性能源。超级电容器因其充放电速率快(以秒计)、功率密度高和循环寿命长(>100000次)、温度特性好、绿色环保等优点，作为大功率传输和大功率再补充的储能系统已经引起学术界和工业界相当大的兴趣。超级电容器是一种高效、环保、新型的储能元件，有着使用寿命长、稳定性高、快速充放电等诸多优点，广泛应用于轨道交通、新能源汽车、航空航天等领域，有着巨大的研究前景。目前，市场上的主流超级电容器是液态电解质超级电容器。液态电解质所采用电解液一般分为水系电解液与有机电解液两种。水系电解液一般为硫酸溶液或氢氧化钾溶液，这类电解液具有较强的腐蚀性，容易腐蚀封装材料，导致超级电容器的密封性不好，极容易发生电解液泄露的情况，危险系数较高；同时由于水的凝固点和沸点的范围也使得超级电容器的工作温度受到限制，极大的限制了其应用领域。有机电解液容易泄露，较为苛刻的工作环境对其使用限制较大，同时有机液通常易燃且易挥发，对人体及环境会造成极大的危害，安全系数极低。固态电解质超级电容器与传统的液态电解质超级电容器相比，其具有易于封装和成型、挥发性与可燃性低、机械可弯曲性以及可伸展性优异等特点，因而受到了越来越多的研究与关注。同时，固态超级电容器没有因内部气体释放而导致电解质泄露的风险，也不像水系电解质一样具有毒性或者有机电解质一样易燃，相比液态电解质而言安全系数得到了极大的提高。因此，固态超级电容器可以应用在很多特殊电子产品场合，例如便携式电子设备、可穿戴电子产品、微电子产品、移动医疗产品等，极大地扩充了超级电容器的应用范围。针对以上情况，寻找合适的固态电解质显得尤为重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，制备的固态超级电容器具有挥发性与可燃性低、安全系数高、使用寿命长等优点。本专利技术的一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：取无水乙醇100～150体积份，质量分数为36％～38％的浓盐酸5～6体积份，去离子水30～40体积份，混合后置于水浴锅中恒温搅拌至混合均匀得溶液A；步骤2：取钛酸四丁酯13～14质量份，无水乙醇37～38体积份，在水浴锅中恒温搅拌至混合均匀，按摩尔比钛酸四丁酯：碳酸钡＝(0.9～1.0)：(1.0～1.1)加入碳酸钡，恒温搅拌至混合均匀，然后经过超声处理得到溶液B；步骤3：将溶液B置于25～30℃的水浴锅中，将溶液A缓慢的滴加到溶液B中直至形成溶胶，将溶胶置于黑暗环境中静置得到凝胶；步骤4：将凝胶加热烘干，研磨成细粉后，升温至800～1100℃，在空气气氛下保温2～4h，即得到钛酸钡电解质材料；步骤5：取废旧酚醛保温板，用去离子水进行洗涤，洗净后放入干燥烘箱中干燥；步骤6：将干燥好的酚醛保温板放入管式炉中，在氮气保护下升温至400～450℃并保温；步骤7：取出步骤6所得产物置于研钵中研磨成粉，按照碱炭比(1～3)：1加入氢氧化钠搅拌均匀得混合物C；步骤8：将混合物C置于管式炉中，在氮气保护下升温至600～650℃并保温得混合物D；步骤9：待混合物D自然冷却后，用去离子水与盐酸交替洗涤至PH≈7，放入烘箱中干燥得裂解碳材料；步骤10：将崭新的铝箔裁剪至圆形，并用无水乙醇擦拭后置于烘箱中烘干后取出；步骤11：按照质量比8：1：1的比例，分别称取裂解碳材料、聚偏氟乙烯、乙炔黑，加入适量溶剂N-甲基吡咯烷酮后置于玛瑙研钵中顺时针研磨成糊状浆料，将制备的浆料用涂布器均匀涂抹在步骤10所得铝箔片的一侧表面上，再置于烘箱中烘干；步骤12：将步骤4制备的钛酸钡电解质材料和步骤11处理后的铝箔片，按照铝箔片-钛酸钡电解质材料-铝箔片的顺序加装外壳，即组装得到三明治结构的钛酸钡基全固态超级电容器，其中铝箔片涂抹有浆料的一面位于三明治结构的内侧；上述步骤中，所述体积份以mL计，所述质量份以g计。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤1中在25～35℃的水浴锅中恒温搅拌15～25min至混合均匀得溶液A。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤2具有为：取钛酸四丁酯13～14质量份，无水乙醇37～38体积份，在30～40℃的水浴锅中恒温搅拌25～35min至混合均匀，按摩尔比钛酸四丁酯：碳酸钡＝(0.9～1.0)：(1.0～1.1)加入碳酸钡，在25～40℃的水浴锅中恒温搅拌15～25min至混合均匀，再经超声处理40～60min。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤3具有为：将溶液B置于25～30℃的水浴锅中，将溶液A以2～5s/滴的速度滴加到溶液B中直至形成溶胶，将溶胶置于黑暗环境中静置3～5h得到凝胶。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤4具有为：将凝胶在60～90℃下加热6～10h后烘干，研磨成细粉后，从室温以4～7℃/min的速率升温至800～1100℃，在空气气氛下保温2～4h，即得到钛酸钡电解质材料。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤5中在干燥烘箱中在100～110℃下干燥20～24h。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤6中将干燥好的酚醛保温板放入管式炉中，在氮气流速为180～200mL/min的保护下以3～6℃/min的升温速率升温至400～450℃并保温1～1.5h。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤8中将混合物C置于管式炉中，在氮气流速为180～200mL/min的保护下以8～10℃/min的升温速率升温至600～650℃并保温1～1.5h得混合物D。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤9中待混合物D自然冷却后，用去离子水与盐酸交替洗涤至PH≈7，放入烘箱中在100～110℃下干燥20～24h后得裂解碳材料。在本专利技术的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法中，所述步骤11中应将涂抹浆料后的铝箔片置于温度设定为70～80℃的干燥烘箱中干燥20～24h。一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，至少具有以下有益效果：1、本专利技术采用全固态电解质，与传统液态电解质相比具有易于封装和成型、挥发性与可燃性低、机械可弯曲性以及可伸展性优异等特点，同时固态电解质也不会因泄露而对环境产生任何污染。2、本专利技术采用溶胶凝胶辅助固相法制备钛酸钡电解质材料，与传统固相法相比制备温度更低，制备过程易于控制，颗粒间接触面积更大，原料中所用碳酸钡避免了污染环境。...

【技术保护点】
1.一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：取无水乙醇100～150体积份，质量分数为36％～38％的浓盐酸5～6体积份，去离子水30～40体积份，混合后置于水浴锅中恒温搅拌至混合均匀得溶液A；/n步骤2：取钛酸四丁酯13～14质量份，无水乙醇37～38体积份，在水浴锅中恒温搅拌至混合均匀，按摩尔比钛酸四丁酯：碳酸钡＝(0.9～1.0)：(1.0～1.1)加入碳酸钡，恒温搅拌至混合均匀，然后经过超声处理得到溶液B；/n步骤3：将溶液B置于25～30℃的水浴锅中，将溶液A缓慢地滴加到溶液B中直至形成溶胶，将溶胶置于黑暗环境中静置得到凝胶；/n步骤4：将凝胶加热烘干，研磨成细粉后，升温至800～1100℃，在空气气氛下保温2～4h，即得到钛酸钡电解质材料；/n步骤5：取废旧酚醛保温板，用去离子水进行洗涤，洗净后放入干燥烘箱中干燥；/n步骤6：将干燥好的酚醛保温板放入管式炉中，在氮气保护下升温至400～450℃并保温；/n步骤7：取出步骤6所得产物置于研钵中研磨成粉，按照碱炭比(1～3)：1加入氢氧化钠搅拌均匀得混合物C；/n步骤8：将混合物C置于管式炉中，在氮气保护下升温至600～650℃并保温得混合物D；/n步骤9：待混合物D自然冷却后，用去离子水与盐酸交替洗涤至PH≈7，放入烘箱中干燥得裂解碳材料；/n步骤10：将崭新的铝箔裁剪至圆形，并用无水乙醇擦拭后置于烘箱中烘干后取出；/n步骤11：按照质量比8：1：1的比例，分别称取裂解碳材料、聚偏氟乙烯、乙炔黑，加入适量溶剂N-甲基吡咯烷酮后置于玛瑙研钵中顺时针研磨成糊状浆料，将制备的浆料用涂布器均匀涂抹在步骤10所得铝箔片的一侧表面上，再置于烘箱中烘干；/n步骤12：将步骤4制备的钛酸钡电解质材料和步骤11处理后的铝箔片，按照铝箔片-钛酸钡电解质材料-铝箔片的顺序加装外壳，即组装得到三明治结构的钛酸钡基全固态超级电容器，其中铝箔片涂抹有浆料的一面位于三明治结构的内侧；/n上述步骤中，所述体积份以mL计，所述质量份以g计。/n...

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取无水乙醇100～150体积份，质量分数为36％～38％的浓盐酸5～6体积份，去离子水30～40体积份，混合后置于水浴锅中恒温搅拌至混合均匀得溶液A；
步骤2：取钛酸四丁酯13～14质量份，无水乙醇37～38体积份，在水浴锅中恒温搅拌至混合均匀，按摩尔比钛酸四丁酯：碳酸钡＝(0.9～1.0)：(1.0～1.1)加入碳酸钡，恒温搅拌至混合均匀，然后经过超声处理得到溶液B；
步骤3：将溶液B置于25～30℃的水浴锅中，将溶液A缓慢地滴加到溶液B中直至形成溶胶，将溶胶置于黑暗环境中静置得到凝胶；
步骤4：将凝胶加热烘干，研磨成细粉后，升温至800～1100℃，在空气气氛下保温2～4h，即得到钛酸钡电解质材料；
步骤5：取废旧酚醛保温板，用去离子水进行洗涤，洗净后放入干燥烘箱中干燥；
步骤6：将干燥好的酚醛保温板放入管式炉中，在氮气保护下升温至400～450℃并保温；
步骤7：取出步骤6所得产物置于研钵中研磨成粉，按照碱炭比(1～3)：1加入氢氧化钠搅拌均匀得混合物C；
步骤8：将混合物C置于管式炉中，在氮气保护下升温至600～650℃并保温得混合物D；
步骤9：待混合物D自然冷却后，用去离子水与盐酸交替洗涤至PH≈7，放入烘箱中干燥得裂解碳材料；
步骤10：将崭新的铝箔裁剪至圆形，并用无水乙醇擦拭后置于烘箱中烘干后取出；
步骤11：按照质量比8：1：1的比例，分别称取裂解碳材料、聚偏氟乙烯、乙炔黑，加入适量溶剂N-甲基吡咯烷酮后置于玛瑙研钵中顺时针研磨成糊状浆料，将制备的浆料用涂布器均匀涂抹在步骤10所得铝箔片的一侧表面上，再置于烘箱中烘干；
步骤12：将步骤4制备的钛酸钡电解质材料和步骤11处理后的铝箔片，按照铝箔片-钛酸钡电解质材料-铝箔片的顺序加装外壳，即组装得到三明治结构的钛酸钡基全固态超级电容器，其中铝箔片涂抹有浆料的一面位于三明治结构的内侧；
上述步骤中，所述体积份以mL计，所述质量份以g计。


2.如权利要求1所述的钛酸钡基全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中在25～35℃的水浴锅中恒温搅拌15～25min至混合均匀得溶液A。


3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅渭杰，王海旺，张柯，黄谦，刘可凡，袁毅，贾凯旗，陈帅甫，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13