专利名称：超级电容的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超级电容，尤其涉及一种超薄全固态超级电容。
背景技术：
当今，可移动电子设备，如移动电话、笔记本电脑及数码相机等，正在朝向微型化、 轻质量、柔性甚至可以卷曲等方面发展。因此，为了满足可以移动电子设备发展的需要，其 能量存储装置(如电池和超级电容)的相关技术也需要得到进一步的提高。然而，制备具 有优越的超轻及柔性的能量存储装置仍然存在着挑战。近些年，为了提高超级电容的电容值或电池的容量的需要，采用碳纳米管膜以及 石墨烯结构作为超级电容或电池的电极的技术得到了发展。然而，在现有技术中，上述技术 多是对传统的能量存储设备的电极等部件进行的改进(一个隔膜设置于两个间隔的电极 之间，所述隔膜及两个电极设置于液态的电解液中)。上述结构的超级电容在非静态环境(例如，移动电子设备，运动状态的电子设备， 以及可穿戴的电子设备)中应用时，仍然存在一些缺憾。比如，液态的电解质需要高标准的 封装材料及技术，如果一旦出现漏液，液态电解液将对环境产生坏的影响。另外，由于现有 技术中的超级电容采用将电极间隔设置于液态电解液中的结构，其结构稳定性差，超级电 容中的电极以及隔膜等元件在电子器件移动过程中容易受损，因此其抗震性能也较差，从 而影响该电容的电化学性能以及循环寿命。并且，液态电解液的使用，使得超级电容整体无 法做成柔性的。因此，上述缺陷进一步限制了超级电容在超薄，以及柔性等方面要求的应 用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有柔性的固态超级电容。一种超级电容，该超级电容包括一第一电极，一第二电极，以及一固体聚合物胶体 电解液。所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体 聚合物胶体电解液一起形成一整体结构。所述第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该 碳纳米管复合膜结构为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，所述多个碳纳米 管相互连接形成一碳纳米管骨架，所述导电聚合物包裹在碳纳米管表面形成一导电聚合物 层。相较于现有技术，由于所述超级电容中的电极为碳纳米管复合膜构成，而碳纳米 管复合膜具有非常好的柔性，并且该超级电容为两个碳纳米管复合膜设置于固体聚合物胶 体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液形成一个整体结构，该超级电容整体也具有较 好的柔性。当外力施加于该超级电容时，碳纳米管复合膜电极不易发生破损，从而该超级电 容具有较好的缓冲性能和抗震性能，从而使得该超级电容在弯曲时也具有较好的电化学特 性以及循环寿命，可以在可移动的电子设备中得到较好的应用。
本实施例中，所述阴极电极片为碳纳米管膜。再次，将一个碳纳米管膜及一个阴极电极片平行且间隔浸入导电聚合物单体的酸 溶液中。所述碳纳米管膜的质量份均为50 90，所述导电聚合物单体的酸溶液中的导电 聚合物单体与所述碳纳米管膜的质量比为2 9 4 5。所述碳纳米管膜与阴极电极片 之间的距离为0. 5厘米 3厘米。所述碳纳米管膜的形状不限，可以为各种平面几何图形。本实施例中，可采用两个面积相等的碳纳米管膜，所述两个碳纳米管膜的质量均 为40. 1毫克，再将所述两个碳纳米管膜平行且间隔浸入所述苯胺单体的硫酸溶液中，使其 中一个碳纳米管作阴极电极片，并使得两个碳纳米管膜之间保持1厘米的距离。最后，在碳纳米管膜与阴极电极片之间形成一电势差，并使碳纳米管膜与电源正 极相连作阳极，阴极电极片与电源负极相连作阴极，导电聚合物单体在作为阳极的碳纳米 管膜上发生氧化聚合反应，导电聚合物单体均勻聚合形成导电聚合物纤维，导电聚合物纤 维复合在所述碳纳米管膜中碳纳米管的表面或/和附着在所述碳纳米管的管壁上，导电聚 合物纤维还可以彼此相互连结后再复合在所述碳纳米管的表面或/和附着在所述碳纳米 管的管壁上，从而或者所述的第一电极102或者第二电极104。步骤二，制备固体聚合物胶体电解液。所述固体聚合物胶体电解液可以为各种酸为电解质的电解液，如硫酸或者盐酸， 氢氧化纳或者氢氧化钾，硫酸钠等电解质。所述胶体电解液，为能溶于水的高分子材料。固体聚合物胶体电解液(solid-state polymer gel electrolyte)统一的制备思 路是1)高分子材料粉末(聚乙烯醇、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚丙烯晴、聚丙烯酰胺、聚 碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等)放于水中，形成至10衬％的 高分子材料与水的混合液；2)强力搅拌情况下缓慢升温，从室温到90°C左右，在90°C恒温直至混合液变得清 澈透明，表明高分子材料溶于水中；3)再加入一定量的电解质盐(酸，如硫酸、磷酸等；碱，如氢氧化钠、氢氧化钾等； 中性盐类，如硫酸钠、高氯酸锂等)，继续搅拌2个小时，便得到高温状态下的不粘稠的聚合 物电解液。对于盐类电解质，要加入少量(少于5%)的增塑剂(聚丙烯酸钠)，防止固化时 水分过多挥发，盐类析出，形不成胶体薄膜。本实施例以硫酸为电解质，该方法包括以下步骤取一定量的浓硫酸溶解在去离 子水中，形成硫酸溶液；取一定量的聚乙烯醇粉末放入上述硫酸溶液中；搅拌上述硫酸溶 液，加热上述硫酸溶液从室温缓慢升温至90摄氏度，并维持在90摄氏度，直至混合液变的 清澈透明；停止加热，上述混合液降至室温，得到粘稠的聚乙烯醇溶液。步骤三，将第一电极102或第二电极104浸润到所述聚合物胶体电解液中，通风， 干燥后获得包裹有聚合物胶体电解液的第一电极102或第二电极104。请参阅图2，所述第一电极102或者第二电极104，为碳纳米管高分子复合膜，其具 有多个微孔118，当所述第一电极102或者第二电极104浸润到所述聚合物胶体电解液中 时，液态的聚合物胶体电解液渗透进入所述微孔118中，当室温通风8小时以后，所属聚合物胶体电解液中的水分蒸发，最后得到固态的胶体电解液。步骤四，将包裹有聚合物胶体电解液的第一电极102，与包裹有聚合物胶体电解液的第二电极104对接在一起，从而获得所述超级电容100。可以理解，由于所述聚合物胶体电解液为胶体，因此只要施加一定的压力就可以 将包裹有聚合物胶体电解液的第一电极102，与包裹有聚合物胶体电解液的第二电极104 对接在一起。本发明所述超级电容中的电极为碳纳米管复合膜构成，而碳纳米管复合膜具有非 常好的柔性，并且该超级电容为两个碳纳米管复合膜设置于固体聚合物胶体电解液中，并 与该固体聚合物胶体电解液形成一个整体结构，因此，该超级电容封装完整体也具有较好 的柔性。当外力施加于该超级电容时，碳纳米管复合膜电极不易发生相对移动，从而使得该 超级电容在弯曲时也具有较好的电化学特性以及循环寿命。由于该超级电容具有较好的柔 性，并且为全固态电容，其具有一定的抗震性，以及可弯曲的性能，从而可以很好的应用于 运动状态下的电子设备中，从而可以适应多种变化的环境，具有更宽的应用范围。上述超级 电容由于以上优点，可以在可穿戴得电子设备中具有较好的应用。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种超级电容，包括一第一电极，一第二电极，以及一电解液，其特征在于，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构，所述第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，所述多个碳纳米管相互连接形成一碳纳米管骨架，所述导电聚合物形成导电聚合物层包裹在碳纳米管表面。
2.如权利要求1所述的超级电容，其特征在于，所述固体聚合物胶体电解液为为聚乙 烯醇胶体电解液，其组分为质量百分比为44. 9衬％的硫酸，质量百分比为45. 8wt%的聚乙 烯醇，以及质量百分比为9. 3wt%的水。
3.如权利要求2所述的超级电容，其特征在于，所述固体聚合物胶体电解液为胶体薄 膜，其厚度为100微米至1毫米。
4.如权利要求1所述的超级电容，其特征在于，所述导电聚合物层的厚度为30纳米 150纳米。
5.如权利要求4所述的超级电容，其特征在于，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚 噻吩、聚乙炔、聚对苯及聚对苯撑乙烯中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的超级电容，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极的厚度 为1微米至200微米。
7.如权利要求1所述的超级电容，其特征在于，所述碳纳米管骨架具有多个微孔，这些 微孔是由多个碳纳米管所围成，且每一个微孔的内表面均设置有上述导电聚合物层。
8.如权利要求7所述的超级电容，其特征在于，所述碳纳米管骨架中的碳纳米管无序 排列，所述无序排列的碳纳米管通过范德华力相互吸引、相互缠绕且均勻分布于碳纳米管 骨架中。
9.如权利要求1所述的超级电容，其特征在于，所述碳纳米管骨架包括至少一有序碳 纳米管膜，该有序碳纳米管膜包括沿同一方向择优取向延伸的碳纳米管，所述相邻的碳纳 米管之间通过范德华力紧密结合形成碳纳米管网状结构。
10.如权利要求9所述的超级电容，其特征在于，所述有序碳纳米管膜在垂直于碳纳米 管延伸方向上具有多个间隙。
11.如权利要求9所述的超级电容，其特征在于，所述碳纳米管骨架包括多个重叠设置 的有序碳纳米管膜。
12.—种如权利要求1至11项中任意一项所述的超级电容，其特征在于，进一步包括一 外壳，所述第一电极，第二电极及固体聚合物胶体电解液设置于所述外壳内。
全文摘要
本发明提供一种超级电容，该超级电容包括一个第一电极，一个第二电极，以及一固体聚合物胶体电解液。所述第一电极及第二电极平行间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液一起形成一整体结构。所述第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜结构为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，所述多个碳纳米管相互连接形成一骨架，所述导电聚合物包裹在碳纳米管表面形成一聚合物导电层。
文档编号H01G9/145GK101937776SQ20101022680
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者刘长洪, 孟垂舟, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司