[发明专利]聚合物电解质及其制备方法、超级电容器及应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及一种聚合物电解质及其制备方法、超级电容器及应用。

背景技术

超级电容器是一种介于充电电池和电容器之间的新型能源器件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电效率高、工作温度范围宽、可靠性好和无污染免维护等优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。超级电容器工作电解质分为水系电解液、有机液体电解液和聚合物电解质。目前，广泛使用的液体电解质具有电导率高的优点，但是由于其含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。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。但是，目前所制备的聚合物电解质存在导电率低的问题，影响了聚合物电解质的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚合物电解质，解决现有技术所制备的聚合物电解质导电率低的技术问题；以及该聚合物电解质其制备方法、超级电容器及应用。

本发明是这样实现的，

一种聚合物电解质，含有活性填料、聚氯乙烯、有机离子液体电解液；其中，活性填料和聚氯乙烯重量之比为3~20：100。

以及，

一种聚合物电解质制备方法，包括如下步骤：

将聚氯乙烯加入至有机溶剂中搅拌混合，再按照活性填料和聚氯乙烯重量之比为3~20：100加入活性填料，将温度调整至30~50℃，搅拌得到浆料；

将该浆料涂覆于基底上，真空干燥得到聚氯乙烯微孔膜；

惰性气氛中将该聚氯乙烯微孔膜浸泡于摩尔浓度为0.5~1.5mol/L的有机离子液体电解液中10~60分钟，得到聚合物电介质。

本发明还提供一种超级电容器，该超级电容器包括上述的凝胶聚合物电解质。

本发明进一步提供上述超级电容器在通讯设备、计算机、电动汽车和/或军事领域中的应用。

本发明聚合物电解质，包括聚氯乙烯微孔膜，该聚氯乙烯微孔膜上附着有大量的有机离子液体电解液，通过活性填料的“桥接”作用，使有机离子液体电解液与聚氯乙烯微孔膜之间电连接效果显著增加，实现本发明聚合物电解质的导电率明显提高。

本发明聚合物电解质制备方法，通过向含聚氯乙烯的有机溶液中加入活性填料并搅拌，最终实现所制备的聚氯乙烯膜具有大量微孔，一方面能够大大增加有机离子液体电解液在聚氯乙烯膜上的附着数量，另一方面由于活性填料具有良好的导电性能，使得有机离子液体电解液和聚氯乙烯膜之间的电连接效果显著增加，有效地提高了本发明聚合物电解质的导电率。

本发明超级电容器通过使用上述聚合物电解质，通过聚合物电解质导电率的明显增加，实现其储能性能显著增加。

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。

本发明实施例提供一种聚合物电解质，含有活性填料、聚氯乙烯、有机离子液体电解液；其中，活性填料和聚氯乙烯重量之比为3~20：100。

该聚氯乙烯的重均分子量优选为5万~12万。通过选用该分子量的聚氯乙烯，有利于活性填料更均匀的掺杂于其中，同时具有更好地成膜性。

该活性填料优选为碘化银（AgI）、铝酸锂（LiAlO₂）、氮化锂（Li₃N）或十二硫二磷锗十锂（Li₁₀GeP₂S₁₂）中的一种以上，活性填料和聚氯乙烯的质量之比为3~20：100，该活性填料的粒径为100~5000纳米。

该有机离子液体电解液包括第一组分和第二组分，第一组分选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，该第二组分选自γ-丁内酯（GBL）、乙腈（AN）或碳酸丙烯酯（PC）中的一种；也即，该有机离子液体电解液中以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为溶质，以γ-丁内酯、乙腈或碳酸丙烯酯中的一种为溶剂。该有机离子液体电解液包括如下种类：

第一组分：1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，第二组分：γ-丁内酯；

第一组分：1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，第二组分：乙腈；