柔性超级电容器及柔性超级电容器的制备方法与流程

文档序号：13761762阅读：1112来源：国知局

本发明涉及电能存储技术领域，特别涉及一种柔性超级电容器及柔性超级电容器的制备方法。

背景技术：

在相关技术中，超级电容器一般需要注入电解液，一方面，传统的注液方式工艺复杂，生产的成本较高，不适合流水线式的规模生产，无法获得广泛的商业应用；另一方面，由于电解液具有电化学窗口小、易挥发和易燃的缺点，导致超级电容器的电压和温度适用的范围很小。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种柔性超级电容器及柔性超级电容器的制备方法。

本发明实施方式的柔性超级电容器包括封装薄膜、第一电极、第二电极及在所述第一电极及所述第二电极之间的电解质薄膜；

所述第一电极包括第一极片，所述第二电极包括第二极片，所述第一极片与所述第二极片采用相同的材料制成；

所述电解质薄膜由隔膜浸泡于离子液体的凝胶电解质后吸附凝胶电解质制备而成或由所述离子液体的凝胶电解质涂布于隔膜制备而成。

本发明实施方式的柔性超级电容器由于采用高电导率的离子液体的凝胶电解质来制备电解质薄膜，使得柔性超级电容器无需传统注液过程且电压和温度适用范围广，适合流水线式的大规模生产。

在某些实施方式中，所述第一极片与所述第二极片采用铝箔材料制成。

在某些实施方式中，所述第一电极包括第一活性层，所述第二电极包括第二活性层，所述第一活性层及所述第二活性层设置在所述电解质薄膜的相背两侧，所述第一极片设置在所述封装薄膜与所述第一活性层间，所述第二极片设置在所述封装薄膜与所述第二活性层间。

在某些实施方式中，所述第一活性层由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成；

所述第二活性层由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成。

在某些实施方式中，所述活性物质包括活性碳、石墨烯及碳纳米管中的任意一种或多种。

在某些实施方式中，所述第一极片包括相对于所述封装薄膜凸出的第一极耳，所述第二极片包括相对于所述封装薄膜凸出的第二极耳。

在某些实施方式中，所述电解质薄膜的外轮廓覆盖并超出所述第一活性层及所述第二活性层。

在某些实施方式中，所述第一极片包括与所述第一极耳连接的第一封装区域，所述第二极片包括与所述第二极耳连接的第二封装区域；

所述封装薄膜包覆所述第一封装区域的外层表面及侧边表面及所述第二封装区域的外层表面及侧边表面。

在某些实施方式中，所述离子液体包括咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、吡啶类离子液体及哌啶类离子液体中的任意一种或多种。

本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供封装薄膜、第一电极及第二电极，所述第一电极包括第一极片，所述第二电极包括第二极片，所述第一极片与所述第二极片采用相同的材料制成；

将隔膜浸泡于离子液体的凝胶电解质后吸附凝胶电解质以制备电解质薄膜或将所述离子液体的凝胶电解质涂布于隔膜以制备所述电解质薄膜；及

将所述第一电极及所述第二电极设置在所述电解质薄膜的相背两侧并压紧；

采用所述封装薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装。

本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法由于采用高电导率的离子液体的凝胶电解质来制备电解质薄膜，使得柔性超级电容器无需传统注液过程且电压和温度适用范围广，适合流水线式的大规模生产。

在某些实施方式中，所述第一极片与所述第二极片采用铝箔材料制成。

在某些实施方式中，所述第一活性层由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成；

所述第二活性层由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成。

在某些实施方式中，所述活性物质包括活性碳、石墨烯及碳纳米管中的任意一种或多种。

在某些实施方式中，所述采用所述封装薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装的步骤，包括步骤：

封装所述第一极片的部分区域以使封装后的所述第一极片形成有相对于所述封装薄膜凸出的第一极耳；及

封装所述第二极片的部分区域以使封装后的所述第二极片形成有相对于所述封装薄膜凸出的第二极耳。

在某些实施方式中，所述电解质薄膜的外轮廓覆盖并超出所述第一活性层及所述第二活性层。

在某些实施方式中，所述第一极片的部分区域形成第一封装区域，所述第二极片的部分区域形成第二封装区域；

封装所述第一极片的部分区域的步骤，包括：

采用所述封装薄膜包覆所述第一封装区域的外层表面及侧边表面；

封装所述第二极片的部分区域的步骤，包括：

采用所述封装薄膜包覆所述第二封装区域的外层表面及侧边表面。

在某些实施方式中，所述离子液体包括咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、吡啶类离子液体及哌啶类离子液体中的任意一种或多种。

在某些实施方式中，所述柔性超级电容器的制备方法还包括步骤：

将所述离子液体、聚氧化乙烯及二苯甲酮均匀混合得到混合物，其中，所述离子液体与所述聚氧化乙烯的质量比为2:1～15:1，所述聚氧化乙烯与所述二苯甲酮的质量比为20:1；

将所述混合物恒温加热1-24小时，加热温度为87-150℃；

采用紫外线照射所述混合物以充分聚合并得到所述凝胶电解质。

在某些实施方式中，所述封装薄膜包括聚二甲基硅氧烷薄膜，所述采用所述封装薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装的步骤，包括步骤：

采用经过氧等离子体清洗后的所述聚二甲基硅氧烷薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装。

在某些实施方式中，所述封装薄膜包括柔性薄膜，所述柔性薄膜的耐温大于100℃，所述采用所述封装薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装的步骤，包括步骤：

在所述柔性薄膜的表面涂覆一层封装粘结剂；

采用带有所述封装粘结剂的所述柔性薄膜在100℃-120℃、0.1MPa-1MPa的热压下对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装。

在某些实施方式中，在所述采用所述封装薄膜对带有所述第一电极及所述第二电极的所述电解质薄膜进行封装的步骤后，还包括步骤：

在所述封装薄膜的外层表面粘覆封装胶；

利用所述封装胶将外包装胶纸贴覆于所述封装薄膜的外层表面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的柔性超级电容器的剖面示意图。

图2是本发明实施方式的柔性超级电容器的俯视图。

图3是本发明实施方式的柔性超级电容器的另一剖面示意图。

图4是本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法的流程示意图。

图5是本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法的另一流程示意图。

图6是本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法的又一流程示意图。

图7是本发明实施方式的柔性超级电容器的制备方法的再一流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1及图2，本发明实施方式的柔性超级电容器10包括封装薄膜11、第一电极12、第二电极13及电解质薄膜14。电解质薄膜14在第一电极12及第二电极13之间。第一电极12包括第一极片122，第二电极13包括第二极片132。第一极片122与第二极片132采用相同的材料制成。电解质薄膜14由隔膜浸泡于离子液体的凝胶电解质后吸附凝胶电解质制备而成，或由离子液体的凝胶电解质涂布于隔膜制备而成。

因此，本发明实施方式的柔性超级电容器10的制备方法由于采用高电导率的离子液体的凝胶电解质来制备电解质薄膜14，使得柔性超级电容器10无需传统注液过程且电压和温度适用范围广，适合流水线式的大规模生产。

具体地，隔膜可以为商业隔膜，商业隔膜包括无纺布隔膜、纤维素隔膜或陶瓷隔膜。

在某些实施方式中，第一极片122与第二极片132采用铝箔材料制成。

具体地，铝箔是柔软的金属薄膜，铝箔具有电阻小、防潮、气密、遮光、耐磨蚀、保香、无毒无味等优点。采用铝箔作为极片能够有效降低柔性超级电容器10的内阻，降低大电流充放电时热量的产生。在本发明实施方式中，第一极片122及第二极片132可作为柔性超级电容器10的集流体。

在某些实施方式中，第一电极12包括第一活性层124，第二电极13包括第二活性层134。第一活性层124及第二活性层134设置在电解质薄膜14的相背两侧。第一极片122设置在封装薄膜11与第一活性层124间。第二极片132设置在封装薄膜11与第二活性层134间。

如此，由第一极片122与第一活性层124构成的第一电极12、电解质薄膜14及由第二极片132与第二活性层134构成的第二电极13构成三明治结构超级电容器，再由封装薄膜11对其进行紧密的封装，从而得到本发明实施方式的柔性超级电容器10，不仅性能稳定，而且组装工艺简单，能降低生产成本。

在某些实施方式中，第一活性层124由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成。第二活性层134由活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2构成。

具体地，在制备第一活性层124或第二活性层134时，将活性物质、导电剂炭黑和粘结剂按质量比60～98：30～1：20～2搅拌均匀制备成浆料或薄膜，然后将其均匀涂布或压辊在第一极片122及第二极片132的表面以形成第一活性层124及述第二活性层134。在活性物质中掺杂导电剂炭黑和粘结剂，可以使得浆料或薄膜具有良好导电性和粘结性。

在某些实施方式中，可以间断地将制备的浆料或薄膜涂布在第一极片122及第二极片132相对的表面的中间区域，位于最外侧的极片的表面不涂布浆料或薄膜。例如，图1中所示的第一极片122的下表面中间区域和第二极片132的上表面中间区域涂布有浆料或薄膜，而第一极片122的上表面和第二极片132的下表面没有涂布浆料及薄膜。

在某些实施方式中，可以根据需要将由此制备而成的第一电极12及第二电极13裁剪成任意形状，并保留一定长度的不涂布浆料或薄膜的极片作为引线导体。

如此，可以得柔性超级电容器10的应用范围更加广泛。

在某些实施方式中，活性物质包括活性碳、石墨烯及碳纳米管中的任意一种或多种。

进一步地，导电剂炭黑可以为Super-P或科琴黑，粘结剂可以为PVDF(聚偏氟乙稀)或PTFE(聚四氟乙烯)。

在某些实施方式中，第一极片122包括相对于封装薄膜11凸出的第一极耳1222，第二极片132包括相对于封装薄膜11凸出的第二极耳1322。

具体地，一般的商业超级电容器采用铜或不锈钢作为极耳，增加了超级电容器的重量，降低了能量密度。本发明实施方式的柔性超级电容器10由于第一极片122或第二极片132露出封装薄膜11的部分直接形成第一极耳1222或第二极耳1322，可以提高柔性超级电容器10能量密度。

在某些实施方式中，电解质薄膜14的外轮廓覆盖并超出第一活性层124及第二活性层134。

如此，电解质薄膜14可以有效地对第一电极12与第二电极13起到隔离和绝缘的作用，防止活性物质发生迁移或柔性超级电容器10发生内部短路。

在某些实施方式中，第一极片122包括与第一极耳1222连接的第一封装区域126。第二极片132包括与第二极耳1322连接的第二封装区域136。封装薄膜11包覆第一封装区域126的外层表面及侧边表面及第二封装区域136的外层表面及侧边表面。

如此，通过封装薄膜11对第一封装区域126及第二封装区域136的外层表面及侧边表面的全方位封装，可将柔性超级电容器10完全密封紧密。

在某些实施方式中，离子液体包括咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、吡啶类离子液体及哌啶类离子液体中的任意一种或多种。

如此，离子液体具有导电率高、热稳定性好及不挥发等优点，可以用于制备本发明实施方式的柔性超级电容器10的电解质薄膜14。

请参阅图3，在某些实施方式中，第一极片122、电解质薄膜14及第二极片132可依次重复堆叠。柔性超级电容器100从上到下依次包括：封装薄膜11、第一极片122、第一活性层124、电解质薄膜14、第二活性层134、第二极片132、第二活性层134、电解质薄膜14、第一活性层124、第一极片122、…、第二极片132、封装薄膜11。封装薄膜封装的区域为最上面的第一极片122的第一封装区域126的外层表面及侧边表面、最下面的第二极片132的第二封装区域136的外层表面及侧边表面。

当然，柔性超级电容器100的各元件的排布方式并不限于上述实施方式，在其他实施方式中可以根据需要有其他方式的排布。

需要指出的是，上述对其他实施方式的柔性超级电容器10的解释说明也适用于本发明实施方式的柔性超级电容器100，在此不再详细展开。

请参阅图4，本发明实施方式的柔性超级电容器10的制备方法，包括：

步骤S10，提供封装薄膜11、第一电极12及第二电极13，第一电极12包括第一极片122，第二电极13包括第二极片132，第一极片122与第二极片132采用相同的材料制成；

步骤S20，将隔膜浸泡于离子液体的凝胶电解质后吸附凝胶电解质以制备电解质薄膜14；及

步骤S30，将第一电极12及第二电极13设置在电解质薄膜14的相背两侧并压紧；

步骤S40，采用封装薄膜11对带有第一电极12及第二电极13的电解质薄膜14进行封装。

本发明实施方式的柔性超级电容器10的制备方法可用于制备本发明实施方式的柔性超级电容器10。

在某些实施方式中，步骤S20还可以为将离子液体的凝胶电解质涂布于隔膜以制备电解质薄膜14。

本发明实施方式的柔性超级电容器10由于采用高电导率的离子液体的凝胶电解质来制备电解质薄膜14，使得柔性超级电容器10无需传统注液过程且电压和温度适用范围广，能在大于90℃下正常工作且不挥发，适合流水线式的大规模生产。