(19)中华人民共和国国家知识产权局
| (12)发明专利说明书 | |
| (10)申请公布号 CN 104497229 A (43)申请公布日 2015.04.08 |
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(21)申请号 CN201410752621.5
(22)申请日 2014.12.10
(71)申请人 华东理工大学
地址 200237 上海市徐汇区梅陇路130号
(72)发明人 王庚超 陈明明 汤千秋 包华
(74)专利代理机构 上海顺华专利代理有限责任公司
代理人 薛美英
(51)Int.CI
C08F290/06
C08G18/67
C08G18/66
C08G18/48
C08G18/34
H01G11/56
H01G11/36
H01G11/46
H01G11/48
H01G11/84
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种可拉伸柔性超级电容器及其制备方法,所述可拉伸柔性超级电容器以电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物为电极,以具有高拉伸性和高粘性的聚丙烯酰胺凝胶为电解质,以“三明治”结构组装而成;且所述可拉伸柔性超级电容器在拉伸率高达150%时,其比电容基本保持不变;在电流密度为3mA/cm | |
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法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种可拉伸柔性超级电容器,以电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物为电极,以聚丙烯酰胺凝胶为电解质,以“三明治”结构组装而成;
所述可拉伸柔性超级电容器在拉伸率为150%时,其比电容保持不变;在电流密度为3mA/cm<sup>2</sup>时,所述可拉伸柔性超级电容器循环充放电3000次后,其电容衰减小于或等于10%;
其中,所述聚丙烯酰胺凝胶由主要步骤如下的制备方法制得:
(1)首先,在有机锡催化剂及惰性气体存在条件下,以水溶性聚醚二元醇为软段,以二异氰酸酯和二羟基有机酸或其盐为硬段,于有机溶剂中聚合,得到预聚物A; 然后,用羟基丙烯酸酯对所得预聚物A进行封端,得到封端预聚物B,再用有机叔胺中和封端预聚物B,得到经中和的封端预聚物B1;
最后,将经中和的封端预聚物B1溶于去离子水,除去有机溶剂,得到水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯,其数均分子量为1,000~5,000;
(2)将丙烯酰胺、由步骤(1)制得的水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯、水溶性引发剂和去离子水混合,并搅拌均匀,得到混合物;
将上述混合物注入平板模具中,在室温及真空条件下,除去气泡,并在真空条件下,于45℃~80℃状态保持4小时至24小时,得到聚丙烯酰胺的交联物;
将所得的聚丙烯酰胺的交联物在去离子水中浸泡至少48小时,然后将该交联物除水干燥,再将经干燥的交联物置于无机盐电解质的水溶液中溶胀,控制溶胀度为300%~1000%,得到目标聚丙烯酰胺凝胶;
其中,所述的二羟基有机酸或其盐为2,2-二羟甲基丙酸,2,2-二羟甲基丁酸或1,2-二羟基-3-丙磺酸钠;
所述的羟基丙烯酸酯为式Ⅰ所示化合物;所述的有机叔胺为式Ⅱ所示化合物:
式中,R<sub>1</sub>为氢或甲基,R<sub>2</sub>为由羟基取代的C<sub>1</sub>~C<sub>4</sub>直链或支链的烷基;R<sub>3</sub>~R<sub>5</sub>分别独立选自C<sub>1</sub>~C<sub>4</sub>直链或支链的烷基;
水溶性聚醚二元醇与二羟基有机酸或其盐的摩尔比为1:(0.5~2.0);
水溶性聚醚二元醇和二羟基有机酸或其盐中羟基总摩尔数与二异氰酸酯中异氰酸基团的摩尔之比为1:(1.5~2.0);
羟基丙烯酸酯的摩尔数与预聚物A中异氰酸基团的摩尔数之比为1:(0.5~1.0)。
2.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的水溶性聚醚二元醇为数均分子量为400~2,000的聚乙二醇或环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物二元醇。
3.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的二异氰酸酯是:异佛尔酮二异氰酸酯,4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
4.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的水溶性引发剂为过硫酸钾,过硫酸铵或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
5.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的无机盐电解质是:碱金属的含氧酸盐或氯化物,其浓度为0.2M~3.0M。
6.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的羟基丙烯酸酯是:甲基丙烯酸-2-羟乙酯,甲基丙烯酸-2-羟基丙酯,丙烯酸-2-羟乙酯或丙烯酸-2-羟丙酯。
7.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的有机溶剂是:丙酮,丁酮,四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺。
8.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用的有机叔胺是:三甲胺,三乙胺或三丁胺。
9.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中丙烯酰胺与水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯的质量比为1:(0.02~0.20)。
10.如权利要求1所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中丙烯酰胺单体与水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯交联剂的总质量与去离子水的质量之比为1:(3~9)。
11.如权利要求1~10中任意一项所述的可拉伸柔性超级电容器,其特征在于,其中所用电极是:电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物;
所述的电化学活性物质为二氧化锰,氧化钼,聚苯胺或聚吡咯;所述的碳基材料为碳纳米薄膜,石墨烯薄膜或碳纤维薄膜。
12.一种制备如权利要求1~10中任意一项所述的可拉伸柔性超级电容器的方法,其特征在于,所述方法的主要步骤是:将由如权利要求1~10中任意一项中所用的聚丙烯酰胺凝胶进行拉伸,拉伸度控制为300%~800%,将电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物的柔性电极对称地粘附在拉伸度为300%~800%的聚丙烯酰胺凝胶的正反两表面,采用压机在1~5MPa压力下压制3~10分钟,将载电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物的柔性电极、 拉伸度为300%~800%的聚丙烯酰胺凝胶松弛至原状态,再经封装即可得到目标物;