【CN109741971A】一种导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法【专利】

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CN 109741971 A
说 明 书
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一种导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法
技术领域 [0001] 本发明属于柔性全固态超级电容器的制备领域，具体涉及一种导电聚合物柔性全 固态超级电容器的制备方法。
背景技术 [0002] 目前为止，可穿戴电子器件、电子皮肤等领域发展迅速，这对柔性储能提出了更高 的 要求 ，超级电 容器由 于其优异的 功率密度和稳定性受到了广泛的 研究 和应 用。目 前常 用 的超级电容器的电极材料包括导电聚合物、碳材料和过渡金属氧化物。其中，导电聚合物具 有导电性好、易于加工以及具有柔韧性等优点，被认为是柔性超级电容器的首选材料。目前 大部分柔性超级电容器的倍率性能较差、能量密度较低。本发明涉及的柔性全固态超级电 容器具有高能量密度、高倍率性能，良好的柔性等优点。 [0003] 为了优化导电聚合物基的柔性超级电容器综合性能，有如下几种有效方法：设计 纳米结构电极、利用复合材料电极、设计非对称电极、以及优化电解液。其中，对导电聚合物 基电 极材料来说 ，基本设计原理包括以 下三个方面 ：(1) 提高结构稳定性 ，用来缓解循环过 程的由于掺杂和去掺杂引起的结构坍塌；(2)提高材料电导率以及比表面积，用来提高电子 传递 ，以 及电 极与电 解液的接触面积 ，改善能量密度以 及倍率性能 ；(3) 设计良 好的电 解液 ， 因为柔性超级电容器通常使用的是凝胶电解质，这种凝胶状态的电解质离子电导率远低于 溶液电解质，大大制约了倍率性能。
(74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252
代理人 种艳丽
(51)Int .Cl . H01G 11/84(2013 .01) H01G 11/86(2013 .01) H01G 11/24(2013 .01) H01G 11/48(2013 .01)
( 54 )发明 名称 一 种导电 聚 合物柔性 全固 态超级电 容器的
权 利 要 求 书
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1 .一种导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于：采用聚吡咯、碳 布，具体包括如下步骤：
步骤1 ：利 用超分子掺杂剂、氧化剂对聚吡咯 进行微观结构调控 ，得到具有三维连续微 纳米结构的导电聚合物；
步骤2：制备电极；具体包括如下步骤： 步骤2 .1：将碳布在8M的硝酸溶液中进行处理； 步骤2 .2：将聚合物前驱体溶液滴加到处理好的碳布上，制备成电极； 其中 ，聚合物前驱体溶液是由溶解聚吡咯的 异丙醇溶液与超分子掺杂剂溶液以 及含有 三氯化铁的氧化剂溶液降温至2-5℃后混合得到的 ； 步骤2 .3：将得到的电极依次经过乙醇溶液和去离子水浸泡去除多余产物； 步骤3：通过PVA-PVP制备半固体凝胶电解质；具体包括如下步骤： 步骤3 .1：将PVA和PVP以8:2质量比进行混合； 步骤3 .2：将混合后的电解质通过GA进行化学交联； 步骤3 .3：将交联后的电解质在35℃下反应6小时后再进行去离子水浸泡，去除PVP，得 到多孔PVA； 步骤3 .4：将多孔PVA进行冻干处理，得到半固体凝胶电解质； 步骤4：制备对称的柔性全固态超级电容器；具体包括如下步骤： 步骤4 .1：将冻干得到的半固体凝胶电解质在1M H2SO4溶液中浸泡3-4天并将其裁剪成 1 .5*1 .5cm大小； 步骤4 .2：将步骤4 .1中半固体凝胶电解质的与步骤2中的电极组装成对称的柔性全固 态超级电容器。 2 .根据权利要求1所述的导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于： 在步骤1中 ，超分子掺杂剂的 用量足够使得聚吡咯自组装形成三维连续微纳米结构的导电 聚合物，超分子掺杂剂的直径范围为60-100nm。 3 .根据权利要求1所述的导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于： 在步骤2 .1中，碳布在8M的硝酸溶液中处理的时间为12小时。 4 .根据权利要求1所述的导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于： 在步骤2 .2中，聚合物前驱体溶液滴加到碳布上时的顺序为：先滴加超分子掺杂剂溶液和氧 化剂溶液，等两者混合后再滴加异丙醇溶液，混合静置30分钟以上。
( 19 )中华人பைடு நூலகம் 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910006607 .3
(22)申请日 2019 .01 .04
(71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区经济技 术开发区前湾港路579号
(72)发明人 王亚群 孙浩 周燕妮 郭梅 张国新
发明内容 [0004] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种导电聚合物柔性全固态 超级电容器的制备方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0006] 一种导电聚合物柔性全固态超级电容器的制备方法，采用聚吡咯、碳布，具体包括 如下步骤： [0007] 步骤1：利用超分子掺杂剂、氧化剂对聚吡咯进行微观结构调控，得到具有三维连 续微纳米结构的导电聚合物； [0008] 步骤2：制备电极；具体包括如下步骤： [0009] 步骤2 .1：将碳布在8M的硝酸溶液中进行处理； [0010] 步骤2 .2：将聚合物前驱体溶液滴加到处理好的碳布上，制备成电极； [0011] 其中，聚合物前驱体溶液是由溶解聚吡咯的异丙醇溶液与超分子掺杂剂溶液以及 含有三氯化铁的氧化剂溶液降温至2-5℃后混合得到的 ； [0012] 步骤2 .3：将得到的电极依次经过乙醇溶液和去离子水浸泡去除多余产物； [0013] 步骤3：通过PVA-PVP(Polyvinyl alcohol–Polyvinyl pyrrolidone ,聚乙烯醇-聚 乙烯吡咯烷酮)制备半固体凝胶电解质；具体包括如下步骤： [0014] 步骤3 .1：将PVA和PVP以8:2质量比进行混合；
(10)申请公布号 CN 109741971 A (43)申请公布日 2019.05.10 H01G 11/56(2013 .01) B82Y 30/00(2011 .01) B82Y 40/00(2011 .01)
权利要求书1页 说明书3页 附图4页
CN 109741971 A
CN 109741971 A
制备方法 ( 57 )摘要
本发明 公 开 了一 种导电 聚 合 物柔性 全固 态 超级电容器的制备方法，属于柔性全固态超级电 容器的 制备领域 ，包括如下步骤 ：利 用超分子掺 杂剂 、氧化剂对聚吡咯 进行微观结构调控 ，得到 具有三维连续微纳米结构的导电聚合物；制备电 极 ；通过PVA-PVP制备半固体凝胶电 解 质；制备对 称的柔性全固态超级电容器；本发明通过利用超 分子掺杂，得到三维连续的导电聚合物纳米线结 构 ，此材料具有良 好的电 导率 和比 表面积 ，具有 较好的比 容量 ；另外通过设计三维多孔的 PVA凝 胶电解质，进一步提高了柔性超级电容器的倍率 性能 ，提高了高倍率下的离子传输能力；利用该 设计制备的柔性超级电容器获得了良好的弯曲、 扭转性能 ，以 及高倍率性能。