本发明专利技术公开了一种保水凝胶电解质材料及其制备方法和应用，利用聚合物与离子的双重交联和冻融循环相结合的方法得到具有一定强度的保水凝胶电解质，本发明专利技术工艺简单、生产成本低、易于规模化生产且环境友好。所得的保水凝胶电解质材料孔隙丰富且分布均匀，具有高离子电导率、高拉伸强度和强保水性能，基于该种保水凝胶电解质材料制得的柔性全固态超级电容器具有宽电压窗口、高能量密度和使用寿命长等优点。优点。
【技术实现步骤摘要】
一种保水凝胶电解质材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及凝胶电解质材料与超级电容器
，更具体的说是涉及一种保水凝胶电解质材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]柔性全固态超级电容器具有体积小、重量轻、存储能量高的特点，并且具有广泛的工作温度、优异的稳定性和安全性、快速的充电和放电速率以及较高的功率密度和稳定的能量密度等优异性能，可以解决液态超级电容器中电解液泄漏的问题，同时满足便携式、可穿戴电子产品的发展要求，应用空间广阔。
[0003]柔性全固态超级电容器需要具有高离子电导率和高保水性的凝胶电解质材料，凝胶聚合物电解质作为一种液相的固态电解质，将它用于柔性全固态超级电容器，可增强电解质盐的离子迁移率，进一步推动柔性全固态超级电容器的离子电导率和电化学性能的提高，电解质的凝胶结构有助于增强其与电极的界面浸渍性和结合紧密性，为了制备高性能的超级电容器，以满足在室温下实际使用的高安全标准，研究开发适用于柔性全固态超级电容器的高性能凝胶电解质成为亟待突破的瓶颈难题。而常规的凝胶电解质在长时间暴露于空气后，会出现严重失水现象，从而不利于离子迁移，降低了凝胶电解质的离子电导率，导致阻抗过大、电容器失效等问题。
[0004]因此，如何提供一种保水凝胶电解质材料以确保其性能是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种保水凝胶电解质及其制备和应用，该凝胶电解质材料具有保水性能强、离子电导率高和机械强度高等优点，制备方法具有生产成本低，易于规模化生产，绿色环保等特点，基于此凝胶电解质获得的柔性全固态超级电容器具有电压窗口宽、能量密度大和使用寿命长等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种保水凝胶电解质材料，以质量百分比计，包括以下组分：聚合物A10％～15％、聚合物B1％～3％，余量为电解质，所述保水凝胶电解质材料为聚合物交联和离子交联两种交联结构互相穿插所构成双交联网络结构。
[0008]优选的，所述聚合物A为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的一种，所述聚合物B为羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酸中的一种。
[0009]优选的，所述电解质为氢氧化钾、氯化钾、硝酸钾、氯化锂、高氯酸锂、氯化铝、硫酸钠和硫酸中的一种或两种及以上混合。
[0010]本专利技术还提供了一种如上技术方案所述的保水凝胶电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)聚合物交联：将聚合物A和聚合物B按质量百分比完全溶解并均匀分散在水中，
然后倒入成膜模具静置2～5h，之后于
‑
20～
‑
30℃冷冻10～24h取出自然解冻12～24h，得到经聚合物交联的凝胶电解质；
[0012](2)离子交联：将步骤(1)所得的经聚合物交联的凝胶电解质在室温下在电解质溶液中浸泡2～12h，得到保水凝胶电解质材料。
[0013]优选的，所述电解质溶液的浓度为1～6mol/L。
[0014]本专利技术还提供了上述方案中所述的保水凝胶电解质材料的应用，采用该材料制得柔性全固态超级电容器，所述柔性全固态超级电容器为三明治式层状结构，结构组分依次为集流体一、正极电极活性物质、保水凝胶电解质材料、负极电极活性物质和集流体二。
[0015]优选的，所述保水凝胶电解质材料厚度为0.1～2mm。
[0016]优选的，所述正极电极活性物质和所述负极电极活性物质为活性碳布、碳纸、碳纳米管、石墨烯、活性炭、氧化镍、氧化锰、氧化钌、氧化铁、氧化钒、氧化钛、二硫化钼、氢氧化镍、氢氧化钼、氢氧化钴中的一种或几种，厚度在5
‑
50μm。
[0017]优选的，所述集流体一和所述集流体二为金片、银片、锌片、镍片、铜箔、铝箔、不锈钢网中的一种，厚度在0.01
‑
2mm。
[0018]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种保水凝胶电解质及其制备和应用，具有如下有益效果：
[0019]保水凝胶电解质材料具有高保水性能和高离子电导率，且制备方法简单易行、原料安全无污染。采用该保水凝胶电解质材料制备得到的柔性全固态超级电容器在常温下可达到高能量密度和宽电压窗口，制备生产成本低、安全性高。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0021]图1为柔性全固态超级电容器的结构示意图；
[0022]图2为实施例1制得的保水凝胶电解质材料的扫描电子显微镜图；
[0023]图3为实施例1制得的保水凝胶电解质材料和常规凝胶电解质材料的保水率对比图；
[0024]图4为实施例1制得的保水凝胶电解质材料和常规电解质材料的离子电导率对比图；
[0025]图5为基于实施例1制得的保水凝胶电解质材料的柔性全固态超级电容器和常规柔性全固态超级电容器的能量密度和功率密度对比图。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]按质量百分比计，保水凝胶电解质材料的组成：聚乙烯醇10％、羧甲基纤维素1％，余量为氢氧化钾；
[0029]制备方法包括以下步骤：
[0030](1)聚合物交联：将聚乙烯醇和羧甲基纤维素按质量百分比完全溶解并均匀分散在水中，然后倒入成膜模具静置2h，之后于
‑
10℃冷冻24h取出自然解冻12～24h，得到经聚合物交联的凝胶电解质；
[0031](2)离子交联：将步骤(1)所得的经聚合物交联的凝胶电解质在室温下在1mol/L的氢氧化钾溶液中浸泡12h，得到保水凝胶电解质材料，厚度1mm。
[0032]实施例2
[0033]按质量百分比计，保水凝胶电解质材料的组成：聚乙二醇10％、海藻酸钠1％，余量为氯化钾；
[0034]制备方法包括以下步骤：
[0035](1)聚合物交联：将聚乙二醇和海藻酸钠按质量百分比完全溶解并均匀分散在水中，然后倒入成膜模具静置3h，之后于
‑
10℃冷冻24h取出自然解冻12～24h，得到经聚合物交联的凝胶电解质；
[0036](2)离子交联：将步骤(1)所得的经聚合物交联的凝胶电解质在室温下在2mol/L的氯化钾溶液中浸泡10h，得到保水凝胶电解质材料，厚度1mm。
[0037]实施例3
[0038]按质量百分比计，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种保水凝胶电解质材料，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：聚合物A10％～15％、聚合物B1％～3％，余量为电解质，所述保水凝胶电解质材料为聚合物交联和离子交联两种交联结构互相穿插所构成双交联网络结构。2.根据权利要求1所述的一种保水凝胶电解质材料，其特征在于，所述聚合物A为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的一种，所述聚合物B为羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酸中的一种。3.根据权利要求1所述的一种保水凝胶电解质材料，其特征在于，所述电解质为氢氧化钾、氯化钾、硝酸钾、氯化锂、高氯酸锂、氯化铝、硫酸钠和硫酸中的一种或两种及以上混合。4.一种权利要求1～3所述的保水凝胶电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚合物交联：将聚合物A和聚合物B按质量百分比完全溶解并均匀分散在水中，然后倒入成膜模具静置2～5h，之后于
‑
20～
‑
30℃冷冻10～24h取出自然解冻12～24h，得到经聚合物交联的凝胶电解质；(2)离子交联：将步骤(1)所得的经聚合物交联的凝胶电解质在室温下在电解质溶液中浸泡2～12h，得到保水凝胶电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：李新禄，王雲锴，
申请(专利权)人：重庆锦添翼新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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