[发明专利]聚偏氟乙烯基电极材料及其超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型超级电容器制备和相关电极材料，具体涉及一种聚偏氟乙烯基扣式与卷绕式超级电容器及其电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的储能装置，因其具有功率高、能量转换效率高、循环性能好，故成为新型化学电源研究中的热点之一。超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种环境友好、无可替代的新型储能、节能装置；与传统电容器相比，超级电容器既具有快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，而且还具有长循环寿命、无污染、较宽的工作温度范围、用量大等特点。正是由于上述特点，超级电容器在电动汽车、通讯、消费和娱乐电子、信号监控等领域中的应用越来越受关注，如声频-视频设备、PDA、电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器等。特别需要指出的是车用超级电容器可以满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率需求，以保护主蓄电池系统，这使得超级电容器的发展被提升到了一个新的高度。超级电容器的出现，正是顺应时代发展的要求，它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一，超级电容器有望成为本世纪新型的绿色电源。

当前，超级电容器的电极材料主要有活性炭材料、导电聚合物及其复合材料和过渡金属氧化物及其复合电极材料。活性炭基超级电容器研究历史较长，目前商品化程度较高，技术最成熟，但其生产工艺复杂，生产周期长，且比容量低；据报道，导电聚合物超级电容器能显示出很高的功率密度，但是他们的比容量却比碳/碳超级电容器和金属氧化物超级电容器低很多；尽管金属氧化物或水合金属氧化物（如氧化钌）及碳纳米管能产生极大的能量密度和功率密度，然而用这些材料制造的超级电容器成本要比其它材料高很多。因此，开发具有低成本优势的、各项性能均有较大改进和提高的用作扣式与卷绕式超级电容器的电极材料是有必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有超级电容器所用电极材料存在的缺点和不足，提供制备工艺简单、原料易得、成本低廉的聚偏氟乙烯基电极材料的制备方法；该方法制备的电极材料不用直接添加活性物质；且电极材料可加工为任意大小，其厚度大约为85～120μm，符合器件小型化的要求及扩大其应用范围。本发明制备的扣式与卷绕式超级电容器其充放电性能好、循环寿命长；且具有很高的功率密度和能量密度。

为实现本发明目的，本发明采用以下的技术方案来完成的。

本发明提供的聚偏氟乙烯基扣式与卷绕式超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）聚偏氟乙烯混合液制备

将聚偏氟乙烯基和与聚偏氟乙烯基能够产生导电活性物质的添加物按质量百分比混合均匀后，烘干制备成混合粉末，然后用有机溶剂将它们溶解得混合液；

（2）聚偏氟乙烯复合膜制备

将步骤（1）中溶解有聚偏氟乙烯基和与其能够产生导电活性物质的添加物的混合液涂敷在衬底上，或直接倾倒在衬底上，然后烘干制备成聚偏氟乙烯复合膜；

（3）对聚偏氟乙烯复合膜进行活化处理得电极材料

对步骤（2）所得的复合膜通过物理化学过程进行活化处理，从而制得扣式与卷绕式超级电容器的电极材料。

上述方案中，所述与聚偏氟乙烯基能够产生导电活性物质的添加物是选自碳酸钾盐、或氢氧化钾。

上述方案中，所述聚偏氟乙烯基与其能够产生导电活性物质的和添加物的质量百分比为99％：1％～50％：50％；

上述方案中，所述添加物为碳酸钾，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99％：1％～50％：50％；所述添加物为氢氧化钾，聚偏氟乙烯基与其质量百分比为99％：1％～50％：50％。

上述方案中，所述的有机溶剂是既能够溶解聚偏氟乙烯，又相对于添加剂稳定的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、或二甲基亚砜（NMP）、或N-甲基吡咯烷酮（DMSO）。

上述方案中，所述衬底为石墨纸，或导电纤维布，或泡沫镍，或铝箔，或玻璃。

上述方案中，所述对聚偏氟乙烯复合膜的活化处理是：将制备好的聚偏氟乙烯复合膜在80～250℃下分别热处理1～120分钟；或将制备好的聚偏氟乙烯复合膜在氢氧化钾溶液中浸泡1～600分钟，然后在80～250℃下热处理1～120分钟。

本发明一种聚偏氟乙烯基扣式超级电容器的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）聚偏氟乙烯混合液制备

将聚偏氟乙烯基和与聚偏氟乙烯基能够产生导电活性物质的添加物按质量百分比混合均匀后，烘干制备成混合粉末，然后用有机溶剂将它们溶解得混合液；