[发明专利]一种高电压柔性固态超级电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种高电压柔性固态超级电容器，其特征在于：所述的高电压柔性固态超级电容器包括凝胶电解质薄膜、柔性集流体、电极和封装层；

所述的凝胶电解质薄膜为高电压离子凝胶；高电压离子凝胶包含高分子基体材料和离子液体电解质，高分子基体材料的高分子基体呈空间网状结构，其空隙中充满离子液体电解质，形成高电压离子凝胶薄膜；所述高分子基体材料为聚偏氟乙烯(PVdF)或(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)或聚氧乙烯(PEO)；所述离子液体电解质是由有机阳离子和阴离子组成的室温液态溶盐；所述离子液体电解质为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)或1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF6)或1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)或亚安盐(EMITFSI)；凝胶薄膜的厚度为10微米-5毫米；

所述电极涂覆于柔性集流体表面，构成柔性电极片；依照封装层-柔性电极片-凝胶电解质膜-柔性电极片-封装层的顺序叠放，封装层包裹柔性电极片-凝胶电解质膜-柔性电极片；

所述电极的活性材料为氧化石墨烯-导电聚合物煅烧活化形成的石墨烯基多孔碳纳米材料，制备方法如下；

采用Hummers法将天然石墨氧化为氧化石墨，并通过探针超声分散剥离制备成氧化石墨烯水溶液；然后在氧化石墨烯水溶液中加入导电聚合物单体、掺杂剂和氧化剂过硫酸铵，在-10℃至25℃的温度下，搅拌反应1-48小时，获得氧化石墨烯-导电聚合物复合材料，并洗涤干燥；将氧化石墨烯-导电聚合物复合材料与氢氧化钾研磨混匀后放入管式炉在氩气气氛下煅烧活化，然后室温下用稀盐酸洗涤、干燥，获得石墨烯基多孔碳复合纳米材料；

所述柔性超级电容器的电压为3.5-4V，电容容量为100-250F/g；能量密度为50-106Wh/Kg；充放电循环10000次后的电容保持率为80-98％。

2.按照权利要求1所述的高电压柔性固态超级电容器，其特征在于：所述的氧化石墨烯水溶液中含有0.005-1mol L^-1的导电聚合物单体、0.01-2molL^-1的掺杂剂和0.005-1molL^-1的过硫酸铵；

制备石墨烯-导电聚合物复合材料的反应时间为24小时；

所述的导电聚合物单体为苯胺、吡咯、噻吩和乙撑二氧噻吩中的一种或多种；

所述的掺杂剂为硫酸、高氯酸、盐酸、对甲苯磺酸和樟脑磺酸中的一种或多种；

所述的氧化石墨烯-导电聚合物复合材料与氢氧化钾的比例为2:1到1:8；

所述合成石墨烯基多孔碳纳米材料的煅烧温度为500℃-900。

3.按照权利要求1所述的高电压柔性固态超级电容器，其特征在于所述的氧化石墨烯水溶液含有0.05molL^-1的导电聚合物单体，1molL^-1的掺杂剂和0.05molL^-1的过硫酸铵；所述导电聚合物单体为苯胺单体；所述的掺杂剂为高氯酸；氧化石墨烯-导电聚合物复合材料与氢氧化钾的比例为1:4；合成石墨烯基多孔碳纳米材料的煅烧温度为700℃。

4.按照权利要求1所述的高电压柔性固态超级电容器，其特征在于：所述高分子基体材料为(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)。

5.按照权利要求1所述的高电压柔性固态超级电容器，其特征在于：所述的离子液体电解质为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)。

6.按照权利要求1所述的高电压柔性固态超级电容器，其特征在于：所述电极的厚度为5微米到500微米；单个电极中碳电极活性材料的负载含量为0.1-5mg/cm²。