专利名称：一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，属于超级电容器技术领域。
背景技术：
超级电容器是一种介于传统静电电容器和电池之间的新型储能元件，具有功率密度大、大充放电倍率、循环寿命长、耐温性好、环境友好等优点。可应用于小型电器电源、脉冲电源，近年来，与燃料电池、锂离子电池以及镍氢电池等组合成复合电源，满足了汽车的启动加速、爬坡、能量回收等要求，同时延长了电池的使用寿命，获得了广泛关注。电极材料作为超级电容器的核心部分，直接影响到器件的性能。碳材料是目前研究时间最长，应用最广泛的电极材料。授权公告号CN 201323134Y的中国专利报道了以高比表面稻壳活性炭和无硫膨胀石墨的复合物作电极材料，30%的氢氧化钾溶液为电解液，极耳通过铆焊的方式与极柱相连组装的超级电容器成本低、寿命长。申请号为 200910091711. 3的中国专利介绍了一种基于活性碳纤维布的超级电容器，采用喷涂或蒸镀的方法在活性碳纤维布的一侧附着一层微小金属铝颗粒作为导电层，然后采用导电粘合剂粘附在铝箔集流体两侧制成活性碳纤维电极，提高了超级电容器的工作电压，降低了内阻。导电聚合物的分子结构可设计性及高的储能特性，为人们开发具有法拉第效应的新型活性材料开拓了思路。申请号200910060774. 2的中国专利报道了一类聚吡咯/聚噻吩衍生物复合导电高分子材料的制备方法，在大功率放电时，具有较高的比容量和较好的循环稳定性。申请号200510027782. 9的中国专利通过将具有双电层效应的碳材料与聚合物自由基材料复合，制备的超级电容器比容量高、功率密度大、循环寿命长。公开号为CN 1290047A的中国专利报道了一种聚合物涂布的锂混合氧化物，改善了材料的存储寿命和高温循环性能。专利号为US 7651 819 B2的美国专利报道了一种多孔炭包覆一种氧化物后再包覆一层聚合物，具有较高的充放电倍率。公开号为CN 101016412A的中国专利公开了一种用于超级电容器的锂盐掺杂态聚苯胺电极材料的制备方法，有效解决了苯胺材料在有机电解液中比电容小的问题。公开号为CN 101488400A的中国专利报道了一种导电高分子修饰活性炭电极用于超级电容器的制备方法，制得的电极材料比电容比单纯的活性炭电极提高了 2 3倍。公开号为CN 1760226A的中国专利报道了一种超级电容器用复合导电高分子电极材料，电位窗口大幅度提高。随着人们对离子一电子混合传导研究的深入，兼具离子、电子传导特性的聚合物或复合物用于电池电极、电池隔膜获得了广泛的关注。将电池材料弓丨入到超级电容器体系中，开发电池电容，是储能器件发展的一个重要模式。由于目前使用的超级电容器多是液体电解液体系，给储能器件的维护、装配及安全带来很多问题，因此，采用聚合物电解质的柔性固态超级电容器成为车用理想储能器件之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，采用离子一电子传导聚合物膜包覆活性物质，制备柔性固态超级电容器电极。本发明的技术方案是这样实现的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，由活性物质、导电剂、粘结剂组成，其特征在于活性物质、导电剂、粘结剂组分按质量比为70 80 :10 20 : 8 18组成；活性物质外层包覆离子一电子传导聚合物膜，其质量占活性物质质量的3 269L所述的离子一电子传导聚合物由导电聚合物以及聚合物电解质基体组成，通过溶液共混法成膜包覆活性物质，二者按15 22 78 85质量比混合。所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯，聚噻吩、聚乙炔、聚乙烯咔唑中的一种。所述的聚合物电解质基体为聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯一六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。所述的离子一电子传导聚合物还可以通过化学聚合反应，形成兼有导电聚合物链和聚合物电解质基体链的接枝(分子结构I，OSXSl，OSySl，η为聚合度)或嵌段共聚物(分子结构II，0<X< l，0<y< 1，η为聚合度)通过溶液共混法在活性物质外层成膜。
权利要求
1.一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，由活性物质、导电剂、粘结剂组成，其特征在于活性物质、导电剂、粘结剂组分比为70 80 :10 20 8 18 ；活性物质外层包覆离子一电子传导聚合物膜，其质量为活性物质质量的3 26%。
2.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的离子一电子传导聚合物由导电聚合物以及聚合物电解质基体组成，通过溶液共混法成膜包覆活性物质，二者按15 22 78 85质量比混合。
3.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯，聚噻吩、聚乙炔、聚乙烯咔唑中的一种。
4.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的聚合物电解质基体为聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯一六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的活性物质的离子一电子传导聚合物还可以通过化学聚合反应，形成兼有导电聚合物链和聚合物电解质基体链的接枝(分子结构I，OSXSl，OSySl，η为聚合度) 或嵌段共聚物(分子结构II，X < 1，y < 1，η为聚合度)通过溶液共混法在活性物质外层成膜。
6.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的电极制备方法为(1)将活性物质质量3 26%的聚合物在共溶剂中机械搅拌2 8小时，得到离子一电子传导聚合物溶液；(2)将计量好的活性物质在与步骤1相同的溶剂中机械搅拌2 4小时，然后与聚合物溶液混合，机械搅拌2 8小时，除去溶剂得到混合传导膜包覆的活性物质；(3)将活性物质、导电剂及粘结剂按照组分比70 80 :10 20 : 8 18，在溶剂中混合制成浆料，涂敷到隔膜上，得到柔性固态超级电容器电极。
7.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的活性物质为活性炭、中间碳相微球、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化锰、氧化镍、氧化铁、氧化锰锂、氧化镍锂、氧化钛锂、氧化铁锂、氧化钴锂中的一种。
8.根据权利要求1中所述的一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法，其特征在于所述的所述的导电剂为碳纳米纤维或碳纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种柔性固态超级电容器的电极，由活性物质、导电剂、粘结剂组成，其特征在于活性物质、导电剂、粘结剂组分比为70～80∶10～20∶8～18；活性物质外层包覆离子－电子传导聚合物膜，其质量为活性物质质量的3～26%。其采用离子－电子传导聚合物膜包覆活性物质，制备柔性固态超级电容器电极，是新能源汽车用的一个理想储能器件，柔性轻薄利于储能单元与汽车的装配设计，降低储能单元重量，安全环保，针对柔性固态超级电容器的电极，在活性物质外层包覆兼具离子和电子传导性能的聚合物膜，改善电极与聚合物电解质之间的界面性能，降低接触电阻，提高离子传导率，提升超级电容器的储能能力。
文档编号H01G9/15GK102324317SQ201110271179
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者姜涛, 安宇鹏, 张克金, 王丹, 王金兴, 米新艳, 荣常如, 许德超, 魏晓川 申请人:中国第一汽车股份有限公司