[发明专利]一种柔性全固态电极或超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了柔性全固态电极或超级电容器及其制备方法，柔性全固态电极或超级电容器以丝素蛋白膜为固态电解质和支撑层，丝素蛋白膜以含有锂离子的丝素蛋白制备，其中丝素蛋白中锂离子浓度不低于0.1g/L，本发明充分利用了丝素蛋白制备过程中添加的锂离子，通过控制透析时间，实现了变废为宝，也避免了锂离子对环境的污染，绿色环保，同时提高了超级电容器的电化学性能，在柔性超级电容器应用方面具有很大的潜能。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及以丝素蛋白膜为固态电解质和支撑层的柔性全固态电极，还涉及以丝素蛋白膜为固态电解质和支撑层的柔性超级电容器，以及电极和电容器的制备方法。

背景技术

柔性全固态超级电容器作为一种新型的电力存储设备近年来引起了人们的广泛关注。与传统电容器和电池相比，这种器件具有优异的性能，例如充放电时间短，工作温度范围宽，充放电循环寿命长，功率密度和能量密度高，存储寿命长，易于使用和易于实现模块化设计等优势。这些优势使柔性全固态超级电容器能够更好地适应苛刻的工作环境。因此，柔性全固态超级电容器一直是近几年研究热点。

理想的柔性超级电容器在弯曲或折叠的过程中，需要保持电化学性能和机械性能。因此必须选择合适的柔性基底来制备柔性超级电容器。到目前为止，已经有很多材料被用作超级电容器的基底，例如金属，硅树脂，纸张，纺织品和天然聚合物等。具有刚性基底的超级电容器虽然可以提供优异的机械性能，但是束缚感仍然可能限制它们的实际应用。纸或织物也被广泛用作超级电容器的基底，Yuan等人通过简单，低成本的“浸泡和聚合”方法将Ppy聚合到普通印刷纸上，制备了柔性全固态超级电容器；Yue等人使用Ppy聚合的尼龙莱卡织物构建超级电容器的电极；Lu等人将棉织物浸泡到聚(乙烯醇)/磷酸后用作柔性超级电容器的固体电解质，隔膜和支撑层。据我们所知，纸或织物的超低表面积阻碍了大量活性材料加载到纤维上实现高电容，虽然它们具有卓越的机械性能，但是导电性差和异物附着力弱是纤维的瓶颈。在众多基底中，天然聚合物应该是最具吸引力的，因为它具有很好的生物相容性，柔韧性和可再生性。

丝素蛋白(Silk Fibroin，SF)来源于蚕丝，是一种天然蛋白质。因具有柔韧性，可再生性，良好的生物相容性，环境友好性和卓越的亲肤性，被认为是可穿戴电子产品的理想基底。目前已有丝素蛋白膜作为电池隔膜或者蚕丝纳米纤维作为超级电容器支撑层的相关报道，Rui等人将透析完全的丝素蛋白膜浸泡额外制备的电解质溶液后用作锂电池的隔膜，Mu等人使用液体剥离方法从蚕丝中提取纳米纤维作为超级电容器的支撑层。但是，上述方法使用的丝素蛋白在透析过程中产生含有锂离子和溴离子的废水，溴离子会污染环境，同时也造成锂离子的损失，并且还需要额外添加电解质。

因此，亟待合理利用丝素蛋白的制备过程溴化锂溶解中自身锂离子作用，提高丝素蛋白作为超级电容器支撑层电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种含有锂离子的丝素蛋白在制备柔性全固态电极或超级电容器中的应用；本发明的目的之二在于提供一种柔性全固态电极；本发明的目的之三在于提供一种柔性全固态超级电容器；本发明的目的之四在于提供柔性全固态电极的制备方法；本发明的目的之五在于提供柔性全固态超级电容器的制备方法；本发明的目的之六在于提供含有所述柔性全固态电极或所述柔性全固态超级电容器的装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、含有锂离子的丝素蛋白在制备柔性全固态电极或超级电容器中的应用，所述丝素蛋白中锂离子浓度不低于0.1g/L。

优选的，所述丝素蛋白中锂离子浓度为0.1～0.6g/L。

2、一种柔性全固态电极，所述电极以丝素蛋白膜为固态电解质和支撑层，所述丝素蛋白膜以含有锂离子的丝素蛋白制备，所述丝素蛋白中锂离子浓度不低于0.1g/L。优选的，所述丝素蛋白中锂离子浓度为0.1～0.6g/L。