[发明专利]高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料加工技术领域，特别是指一种高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜及其制备方法。

背景技术

随着穿戴式或便携式电子器件的发展，柔性材料在该领域有着潜在的应用前景。为了保障柔性电子器件的良好运行，其供能器件不仅要能提供足够的功率密度和能量密度，还需具备良好的柔性、循环稳定性和重量轻等特点。高性能柔性超级电容器同时兼具高能量密度、高功率密度、瞬间大电流充放电、使用寿命长等特点，并易与便携式电子器件集成。因此，在柔性电子器件中，高性能柔性超级电容器是一种具有应用潜力的供能器件。

柔性膜电极材料是制备高性能柔性超级电容器的关键。目前，柔性膜电极材料诸如碳基材料、金属氧化物、导电聚合物及它们的复合物等需要使用柔性载体和非导电聚合物粘结剂，这些载体如PET、碳布、镍泡沫或金属箔片在整个电极中占据质量分数很高，而非导电粘结剂如PAMPA、聚乙烯醇等降低电极的导电性，从而降低了器件的整体性能。PEDOT:PSS具有高的导电率、环境稳定性和成膜能力，是一种商业化的导电聚合物，固含量为0.6％～5.0％，PEDOT与PSS的质量比为5:8～1:20，其中PEDOT为3,4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物，作为掺杂剂、分散剂和成膜剂的PSS为聚苯乙烯磺酸盐。涂覆在柔性碳布上的PEDOT:PSS的能量密度和功率密度不高，其比电容约为31F/g，能量密度仅为3.5Wh/kg。虽然专利文献CN105405977A使用抽滤法制备了自支撑PEDOT:PSS膜，但其比电容也仅为50F/g，这很难满足高性能超级电容器供能的要求，同时，专利公布的抽滤法制备自支撑PEDOT:PSS膜的方法涉及到浓硫酸危险溶剂以及多步骤繁琐工序。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备简单、成本低廉、易剥离、适用于大规模工业化生产的高储能柔性自支撑PEDOTs:PSS/金属氧化物复合膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜，由以下重量份的组分制成：PEDOTs:PSS 10～30份、金属氧化物0.1～0.6份、有机溶剂300～800份。

进一步的，所述高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜，由以下重量份的组分制成：PEDOTs:PSS 15～25份、金属氧化物0.2～0.4份、有机溶剂450～650份。

进一步的，所述高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜的厚度为2.0～10微米，优选3.5～7.0微米。

进一步的，所述PEDOTs:PSS的质量比为1:10～1，所述PEDOTs为PEDOT、羟甲基PEDOT或氯甲基PEDOT。

进一步的，所述金属氧化物为二氧化钌、二氧化锰、四氧化三钴、五氧化二钒、四氧化三钼、三氧化钼、三氧化钨中的一种或多种。

进一步的，所述有机溶剂为异丙醇、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、2-甲基咪唑中一种或多种。

另一方面，本发明还提供上述高储能自支撑PEDOTs:PSS复合膜的制备方法，包括：

步骤1：将有机溶剂与PEDOTs:PSS在一定重量比条件下搅拌混合，超声脱气后，获得PEDOTs:PSS有机混合溶液；

步骤2：向所述步骤1制备的PEDOTs:PSS有机混合溶液中加入一定重量比的金属氧化物，超声后获得均匀悬浮液；

步骤3：将所述步骤2制备的悬浮液真空抽滤，抽滤完后将滤膜放在水中使PEDOTs:PSS复合膜和PVDF滤膜分开，真空干燥PEDOTs:PSS复合膜，得到柔性自支撑PEDOTs:PSS复合膜。

其中，所述步骤1中，有机溶剂与PEDOTs:PSS的重量比为10～60:1，搅拌时间为10～30min，超声脱气时间为0.5～1min。

其中，所述步骤2中，PEDOTs:PSS水溶液与金属氧化物的重量比为15～100:1，超声20～30min。

其中，所述步骤3中，真空抽滤使用孔径小于0.5微米的PVDF滤膜；真空干燥温度为80～140℃，干燥时间为12～48h。

本发明具有以下有益效果：