[发明专利]聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜及制备方法、相应电解质及制备方法与超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜及制备方法、相应电解质及制备方法与超级电容器。 

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。 

超级电容器主要由电极、电解质、隔膜、端板、引线和封装材料组成。其中，电解质是超级电容器的关键材料，在正负极之间起着输送和传导电流的作用，可以影响器件的充放电特性、能量密度、循环性能、储存性能等。因此，要求电解质具有电导率高、分解电压高、腐蚀性低、化学稳定性好等特性。 

目前，超级电容器多采用有机电解质，如丙烯碳酸酯或高氯酸四乙氨，但是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会加速气体的产生，导致超级电容器内压增高、气体泄漏，甚至起火爆炸，存在严重的安全隐患。 

凝胶聚合物电解质具有良好的可靠性，且无电解液泄漏，比能量高，循环电压较宽。但是在室温条件下，大多数固体聚合物电解质的电导率较低、与电极的接触情况较差，且机械强度差、断裂韧性低。现有技术中，可以通过共聚、接枝生成交联共聚物、掺杂无机氧化物等手段来提高聚合物电解质的机械强度，但是这样会降低聚合物链段的运动，使得电导率大大降低。 

发明内容

鉴于此，本发明提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜及其制备方法。本发明还提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶电解质，通过引入无纺布隔膜，该凝胶电解质具有良好的机械性能和导电性，用于超级电容器时，使电容器有较好的电容特性。本发明还提供了该凝胶电解质的制备方法，操作简便、可行。以及，本发明提供了一种超级电容器。 

第一方面，本发明提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜的制备方法，包括以下步骤： 

（1）按照质量比为1:5~20的比例分别将聚偏氟乙烯-六氟丙烯和增塑剂加入烧瓶中，并在惰性气体的保护下搅拌1~10h至混合均匀，得到均匀透明的粘稠液体； 

（2）将所述粘稠液体均匀地涂在无纺布隔膜上，并在60~100°C下真空干燥24~48h，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜。 

聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P(VDF-HFP)）具有良好的机械强度、电化学稳定性、热稳定性和对电解液良好的亲和性，是制备凝胶电解质理想的聚合物。 

优选地，增塑剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈或乙醇。 

聚偏氟乙烯-六氟丙烯和增塑剂相互作用，可以形成具有合适微孔结构的凝胶聚合物网络，该网络可使聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜同时具有固体的粘性和液体的分散传导性，为离子提供导电通道。 

优选地，所述惰性气体为氩气。 

无纺布隔膜具有较好的电化学稳定性、机械强度，可以起力学支撑的作用。优选地，无纺布隔膜为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）或者聚丙烯（PP）无纺布隔膜。 

通过无纺布隔膜增强的聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶的力学性能得到很好的改善，机械强度得到很大的提高。 

优选地，真空干燥的真空度为0.01MPa。 

优选地，聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜的厚度为40~100μm。 

第二方面，本发明提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜，所述聚偏氟乙烯- 六氟丙烯凝胶薄膜按照本发明第一方面所述的制备方法制得。 

本发明提供的聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜的制备方法操作简便、可行，制得的聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜是以聚偏氟乙烯-六氟丙烯为基体的微孔型聚合物电解质膜，具有良好的机械性能。 

第三方面，本发明提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤： 

（1）按照质量比为1:5~20的比例分别将聚偏氟乙烯-六氟丙烯和增塑剂加入烧瓶中，并在惰性气体的保护下搅拌1~10h至混合均匀，得到均匀透明的粘稠液体； 

（2）将所述粘稠液体均匀地涂在无纺布隔膜上，并在60~100°C下真空干燥24~48h，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜； 

（3）将所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜转移至充满氩气的手套箱中，随后将所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶薄膜浸入咪唑类离子液体电解液中浸泡10~60min，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶电解质。