[发明专利]一体式抗冻超级电容器及其制备方法

说明书

一体式抗冻超级电容器及其制备方法，包括以下步骤：（1）将单体、纳米颗粒、电解质盐、交联剂、引发剂和小分子醇加入到去离子水中搅拌共混，超声后聚合得到抗冻凝胶电解质；（2）将抗冻凝胶电解质浸泡在导电聚合物单体溶液中，然后加入过硫酸盐在电解质表面原位聚合导电聚合物电极；（3）裁剪导电聚合物复合凝胶电解质四周，得到一体式抗冻超级电容器。采用复配方法制备抗冻凝胶电解质，制备过程简单易行；采用原位聚合方式得到一体式柔性超级电容器，规避了有毒有害导电胶的使用；本发明获得的一体式柔性超级电容器具备良好的抗形变能力和优异的耐低温性能。

技术领域

本发明涉及储能材料与器件领域，具体涉及一种一体式抗冻超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着可穿戴电子技术的快速发展，柔性超级电容器因功率密度高、循环寿命长、充放电速率快等优点在工业界和学术界受到了广泛关注。为了满足可穿戴电子产品的在实际应用中的需求，超级电容器必须具备一定的抗形变能力和耐低温性能。柔性超级电容器的电化学性能一般由电极、电解质和器件构型共同决定的。柔性自支撑电极因决定柔性超级电容器的能量密度而被广泛研究，如碳纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）和导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯等）。柔性电解质一般为水凝胶电解质，由于水低温下结冰会使水凝胶电解质冻结，因此降低电解质中的离子迁移速率，从而降低超级电容器的电化学性能。此外，超级电容器的构型在一定程度上决定了超级电容器在实际工作过程中的抗形变特性。例如，超级电容器在拉伸、扭转、弯曲等过程中，如果电极电解质之间的界面接触不好会导致相邻层滑移甚至脱落，从而降低器件的性能。目前，采用电极原位聚合在电解质上在一定程度上促进了电极和电解质接触（113571343A），改善了超级电容器的机械性能，但是低温下依旧失效。因此，亟需通过调整电极、电解质性能和器件构型来开发一种具备一定的抗形变能力和耐低温性能的柔性超级电容器。

发明内容

解决的技术问题：为了改善柔性超级电容器的抗形变、耐低温性能不足的问题，本发明提供一种简便易行的一体式抗冻超级电容器及其制备方法。

技术方案：一体式抗冻超级电容器的制备方法，包括以下步骤：（1）将1~10g单体、1~10g纳米颗粒、1~10g电解质盐、1~100mg交联剂、1~100mg引发剂和2~20g小分子醇加入到2~20g去离子水中100~1000rmp搅拌共混，0~5℃下超声1~30分钟，超声功率为100~500W，50~120℃下聚合1~10小时得到抗冻凝胶电解质；（2）将抗冻凝胶电解质浸泡在导电聚合物单体溶液中10~150分钟，加入过硫酸盐反应10~200分钟，所述导电聚合物单体与过硫酸盐质量比为1~10:1~30；（3）裁剪导电聚合物复合凝胶电解质四周，得到一体式抗冻超级电容器。

优选的，上述步骤（1）中单体为聚乙二醇、丙烯酰胺或丙烯酸。

优选的，上述步骤（1）中纳米颗粒为纳米二氧化硅或纳米羟基磷灰石。

优选的，上述步骤（1）中电解质盐为氯化锂、氯化钾或氯化锌。

优选的，上述步骤（1）中交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇双丙烯酸酯。

优选的，上述步骤（1）中引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

优选的，上述步骤（1）中小分子醇为乙二醇或甘油。

优选的，上述步骤（2）中导电聚合物单体为苯胺或吡咯。