[发明专利]一种聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，其具有快速充放电、寿命长、安全环保等特点，是近几十年随着材料科学的突破而出现的一类新型功率型储能元件,特别是其能满足高动力需求的能量储存,因而备受关注。超级电容器工作电解质分为水系电解液、有机电解液和聚合物电解质,聚合物电解质又分为固体聚合物电解质(SPE)和凝胶聚合物电解质(GPE)。聚合物电解质锂离子电池和聚合物电解质超级电容器因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5~10^-4s/cm),使用应用受到限制,因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

目前聚合物电解质超级电容器的报道一般是先将凝胶聚合物电解质制成膜，然后与正、负极叠加组装成超级电容器。这种制备方法存在凝胶聚合物电解质与电极真实表面积接触性差、内阻较大的问题，且制膜工艺复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术之缺陷，提供一种凝胶聚合物电解质与电极材料具有优异的相容性且工艺简单的聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法，包括如下步骤：

按照电极/隔膜/电极的顺序依次叠加、卷绕，装入电容器壳体内；

将0.5～2mol/L的吡咯烷离子液体电解液、乙烯基咔唑和引发剂按质量配比为(5～10):1:(0.002～0.02)混合，得混合溶液；

将所述混合溶液注入到所述电容器壳体内，密封后置于60℃～80℃下进行聚合反应12～48h，获得所述聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器。

本发明聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法只需将吡咯烷离子液体电解液、乙烯基咔唑单体和引发剂按比例配置成混合溶液，并注入电容器壳体内，经封装后进行聚合反应即可，该方法工艺简单，使得凝胶聚合物电解质与电极材料具有优异的相容性，有效增强了凝胶聚合物电解质与电极真实表面积的接触、降低内阻，从而有效克服了现有技术中存在的不足。另外，该方法条件易控，成本低，安全性高，环境友好，可大规模推广应用。

附图说明

图1是发明实施例聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种凝胶聚合物电解质与电极材料具有优异的相容性且工艺简单的聚乙烯基咔唑基凝胶聚合物电解质电容器的制备方法。该方法工艺流程如图1所示，其包括如下步骤：

S01：按照电极/隔膜/电极的顺序依次叠加、卷绕，装入电容器壳体内；

S02：混合电解液的配制：将0.5～2mol/L的吡咯烷离子液体电解液、乙烯基咔唑和引发剂按质量配比为(5～10):1:(0.002～0.02)混合，得混合溶液；

S03：混合电解液的注入与封装：将步骤S02配制的混合溶液注入到所述电容器壳体内，密封，置于60℃～80℃下聚合反应12～48h，获得聚乙烯基咔唑（PVK）基凝胶聚合物电解质电容器。

具体地，上述步骤S01中，隔膜优选但不仅仅为celgard隔膜，如型号为Celgard M825、Celgard 2325、Celgard 2320等本领域常用的该celgard系列的隔膜。电极优选为石墨烯电极，石墨烯电极的制备可采用下述方法：

将石墨烯、导电剂和粘结剂按照质量比为(85～90):(3~7):(5～10)混合并配制成浆料，涂于电极基体表面，在真空干燥至恒重，并于10～15MPa压力下辊压制成厚度为100～200μm的石墨烯电极。其中，该石墨烯比表面积优选为200～1000m²/g，导电剂优选为乙炔黑或/和导电炭黑，粘结剂优选为PVDF。该方法制备的电极导电性高，并能与下文中的凝胶聚合物电解质之间具有优异的相容性。另外，在配制浆料时，优选将石墨烯、导电剂和粘结剂按该比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂，使石墨烯、导电剂和粘结剂均匀分散于该NMP中，以增加石墨烯涂层的均匀性。其中，NMP的加入的质量和石墨烯的质量比为4：1～20：1。