一種基于pbi-koh陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于儲能器件技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于PBI-KO郵月離子導(dǎo)電聚合物電 解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為新型綠色儲能裝置之一的超級電容器，因具有較高的功率密度、較大的充放 電倍率、較穩(wěn)定的循環(huán)性能，獲得了廣泛的關(guān)注。特別是近年來，隨著可穿戴電子設(shè)備市場 的快速發(fā)展，靈活的、可伸縮的超級電容器成為最熱口的研究課題之一。運些柔性的固態(tài)超 級電容器通常使用基于聚乙締醇（PVA)的凝膠電解質(zhì)進行器件的組裝，如使用PVA-K0H、 PVA-也S〇4或PVA-也P〇4凝膠電解質(zhì)。運些電解質(zhì)具有低成本、高吸水性能和較高的容量等特 點，適合制作靈活的準固態(tài)超級電容器。然而，由于溶劑的蒸發(fā)會造成安全問題及離子導(dǎo)電 率的損失，使得運些準固態(tài)超級電容器存在安全隱患及限制其廣泛應(yīng)用。
[0003] 陰離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)不存在電解液溢出的問題，具有更高的安全性和更大的 靈活性，并且包裝方便，具有實用性。但目前尚未有適用于全固態(tài)超級電容器的陰離子導(dǎo)體 聚合物電解質(zhì)出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于全固態(tài)超級電容器的聚合物電解質(zhì)及其制備方 法，在此基礎(chǔ)上組裝得到的全固態(tài)超級電容器無需添加電解液，不存在電解液泄漏、爬堿等 安全隱患，并且獲得了較高的功率密度和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，制備方法簡單，成本低。因此 對高儲能器件的制備及應(yīng)用具有十分重要的意義。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明基于PBI-KOH陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器，其特點在于： 所述全固態(tài)超級電容器是WKOH滲雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物作為電解質(zhì)、WKOH滲雜的PBI 陰離子導(dǎo)電聚合物膜作為隔膜、W理論比容量較高的Ni(0H)2納米球作為正極材料、W高比 表面積的活性炭、介孔碳或碳納米管作為負極材料，添加集流體后組裝而成。其中，所述KOH 滲雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜的厚度為7.5~50皿之間。
[0007] 本發(fā)明全固態(tài)超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
[000引（1)采用滴落涂布法制備KOH滲雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜
[0009] 首先將PBI溶解在二甲基乙酷胺中，配制質(zhì)量分數(shù)為5%的PBI溶液，并采用流延法 成膜工藝制得PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜;將PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜浸入濃度在1~6M的KOH 溶液中，常溫反應(yīng)10min~lOdays，取出干燥，即獲得用于作為隔膜的KOH滲雜的PBI陰離子 導(dǎo)電聚合物膜；
[0010] (2)制備正極漿料
[001。 將Ni (0H)2納米球、導(dǎo)電劑、PBI溶液(與步驟（1)中PBI溶液相同）和粘結(jié)劑混合后， 加入N-甲基化咯燒酬，60°C攬拌12h，獲得正極漿料;優(yōu)選的，Ni (OH) 2納米球、導(dǎo)電劑、PBI和 粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為65% : 15% : 15% : 5%。
[0012] Ni (0H)2納米球采用沉淀法制備，具體步驟是:將2mmol NiS化溶解在50血去離子水 中，然后加入2mmol N出?出0,在65°C攬拌30min，隨后在60°C烘干，即得產(chǎn)物。
[0013] (3)制備負極漿料
[0014] 將負極材料、導(dǎo)電劑、PB I溶液(與步驟（1)中PB I溶液相同）和粘結(jié)劑混合后，加入 N-甲基化咯燒酬，60°C攬拌12h，獲得負極漿料;優(yōu)選的，負極材料、導(dǎo)電劑、PB巧日粘結(jié)劑的 質(zhì)量百分比為65% :15% :15%:5%。
[0015] (4)制備正極片和負極片
[0016] 將正極漿料均勻涂覆在極片上，60°C下烘干后，再在100°C下烘干12h，獲得正極 片;將負極漿料均勻涂覆在極片上，60°C下烘干后，再在100°C下烘干12h，獲得負極片;分別 在正極片和負極片的表面滴50~50化L CHf2的濃度為6M的K0H，然后驚干；
[0017] (5)組裝
[001引按照集流體、正極片、隔膜、負極片、集流體的順序進行組裝，即獲得非對稱型全固 態(tài)超級電容器。
[0019] 其中，所述粘接劑為PVDF，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑。所述集流體為不誘鋼網(wǎng)。所述 極片為碳紙。
[0020] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0021] 本發(fā)明基于PBI-KOH陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器，無需補充電 解液，并且具有較高的比容量和良好的穩(wěn)定性。
[0022] 通過本發(fā)明的方法，將PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜進行簡單的堿性滲雜后運用到超 級電容器中，使電容器具有較高的能量密度，且工藝所需成本低廉、實施操作方便、無廢氣 排放、環(huán)境整潔衛(wèi)生。
[0023] 此外KO田參雜的PBI具有良好的機械強度和尺寸穩(wěn)定性，可W降低柔性超級電容器 對導(dǎo)電襯底的要求。本發(fā)明的方法同樣適用于發(fā)展全固態(tài)堿性電池。
【附圖說明】
[0024] 圖1為KOH滲雜的PBI微觀結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過實施例具體說明與本發(fā)明有關(guān)的實施方案，其僅僅是用來說明本發(fā)明的 實施方案的有限例子，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0026] 實施例1:
[0027] 本實施例的基于PBI-KOH陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器是按如下 步驟進行制備：
[00%] (1)采用滴落涂布法制備KOH滲雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜
[0029] 首先將PBI溶解在二甲基乙酷胺(DMAC)中配制質(zhì)量分數(shù)為5%的PBI溶液，并采用 流延法成膜工藝制得PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜，其厚度在30WI1左右。
[0030] 然后將PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜浸入濃度在6M的KO田容液中，常溫反應(yīng)20min，最后 取出、60°C烘干，即獲得用于作為隔膜的KOH滲雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜，其微觀結(jié)構(gòu)圖 如圖1所示。
[0031] (2)制備正極漿料
[0032] 首先采用沉淀法制備Ni(0H)2:將2mmol NiS化溶解在50mL去離子水中，然后加入 2mmol N出?出0,在65°C攬拌30min，隨后在60°C烘干，收集產(chǎn)物。
[0033 ]將Ni (OH) 2納米球、導(dǎo)電劑、PB I溶液(與步驟（1)中PBI溶液相同）、粘結(jié)劑混合，加 入NMP，在60°C下攬拌12h，獲得正極漿料。Ni (OH) 2納米球、導(dǎo)電劑、PBI和粘結(jié)劑的質(zhì)量百分 比為 65%:15%:15%:5%。
[0034] (3)制備負極漿料：
[003引將比表面積為200(WVi的活性炭、導(dǎo)電劑、PBI溶液(與步驟（1)中PBI溶液相同）、 粘結(jié)劑混合，加入NMP，在60°C下攬拌12h，獲得負極漿料?；钚蕴?、導(dǎo)電劑、PBI和粘結(jié)劑的質(zhì) 量百分比為65% :15% :15%:5%。
[0036] (4)制備正極片和負極片
[0037] 將正極漿料均勻涂覆在極片上（lcmXlcm)，6(rC下烘干后，再在10(rC下烘干12h， 獲得正極片；將負極漿料均勻涂覆在極片QcmX Icm)上，60°C下烘干后，再在100°C下烘干 12h，獲得負極片;分別在正極片和負極片的表面滴50化濃度為6M的K0H，然后驚干20min; [00 3引 （5)組裝
[0039] 按照集流體、正極片、隔膜、負極片、集流體的順序進行組裝，即獲得非對稱型全固 態(tài)超級電容器。
[0040] 對本實施例所組裝的非對稱型全固態(tài)超級電容器進行性能測試，各項參數(shù)如表1 所示。
[0041] 表1:基于PBI-KO郵月離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器的各項參數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種基于PBI-KOH陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器，其特征在于:所述 全固態(tài)超級電容器是以K0H摻雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物作為電解質(zhì)、以K0H摻雜的PBI陰離 子導(dǎo)電聚合物膜作為隔膜、以Ni(0H) 2納米球作為正極材料、以活性炭、介孔碳或碳納米管 作為負極材料，添加集流體后組裝而成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PBI-K0H陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器， 其特征在于:所述K0H摻雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜的厚度為7.5~50μπι之間。3. -種權(quán)利要求1或2所述全固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 采用滴落涂布法制備Κ0Η摻雜的ΡΒΙ陰離子導(dǎo)電聚合物膜 首先將ΡΒΙ溶解在二甲基乙酰胺中，配制質(zhì)量分數(shù)為5 %的ΡΒΙ溶液，并采用流延法成膜 工藝制得ΡΒΙ陰離子導(dǎo)電聚合物膜;將ΡΒΙ陰離子導(dǎo)電聚合物膜浸入濃度在1~6Μ的Κ0Η溶液 中，常溫反應(yīng)lOmin~lOdays，取出干燥，即獲得用于作為隔膜的Κ0Η摻雜的ΡΒΙ陰離子導(dǎo)電 聚合物膜； (2) 制備正極漿料 將Ni (0H) 2納米球、導(dǎo)電劑、PBI溶液和粘結(jié)劑混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，60 °C攪拌 12h，獲得正極漿料； (3) 制備負極漿料 將負極材料、導(dǎo)電劑、PBI溶液和粘結(jié)劑混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，60 °C攪拌12h，獲 得負極漿料； (4) 制備正極片和負極片 將正極漿料均勻涂覆在極片上，60°C下烘干后，再在100°C下烘干12h，獲得正極片；將 負極漿料均勻涂覆在極片上，60°C下烘干后，再在100°C下烘干12h，獲得負極片;分別在正 極片和負極片的表面滴50~500yL cm-2濃度為6M的K0H，然后晾干； (5) 組裝 按照集流體、正極片、隔膜、負極片、集流體的順序進行組裝，即獲得非對稱型全固態(tài)超 級電容器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述粘接劑為PVDF，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo) 電碳黑。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述集流體為不銹鋼網(wǎng)。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述極片為碳紙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PBI-KOH陰離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)超級電容器及其制備方法。其特征在于：全固態(tài)超級電容器是以KOH摻雜的PBI(聚苯并咪唑)陰離子導(dǎo)電聚合物作為電解質(zhì)、以KOH摻雜的PBI陰離子導(dǎo)電聚合物膜作為隔膜、以Ni(OH)2納米球作為正極材料、以活性炭、介孔碳或碳納米管作為負極材料，添加集流體后組裝而成。本發(fā)明的超級電容器實現(xiàn)了真正的堿性全固態(tài)，所使用的聚合物電解質(zhì)不需要添加液體電解液，提高了超級電容器使用的安全性及實用性，并且相比與傳統(tǒng)的凝膠電極準固態(tài)超級電容器，具有更好的超電容性能。
【IPC分類】H01G11/84, H01G11/56
【公開號】CN105575676
【申請?zhí)枴緾N201610035615
【發(fā)明人】閆健, 徐晨曦, 吳玉程, 秦清清
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月19日