CN105070529B - 具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，所述电解质组合物包括组分及含量如下：硫酸盐3～6wt％，无机酸或有机酸5～9wt％，聚乙烯醇7～13wt％，非离子表面活性剂5～8wt％，稳定助剂1.2～1.5wt％，非水溶剂30～40wt％，水40～45wt％。本发明是针对现阶段用于柔性超级电容器的高粘度电解质如何具备随时间保持稳定的电化学性能的问题，提出的一种粘度大、电导率高、电化学工作窗口很宽并且性能随时间能够一直保持稳定的电解质组合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物。
背景技术
为了满足柔性超级电容器的可穿戴需求，柔性电极必须与具有一定粘度且弯折性良好的电解质相匹配，高粘度使得电解质更加安全不易泄露，而弯折性良好则是为了满足柔性的需求。
经检索发现，孙紫红等人在《电源技术》中发表的《PVA-PAAS基碱性聚合物电解质的制备及性能》，毛立彩等人在《现代化工》中发表的《超级电容器准固态聚合物电解质膜的研究》，中国发明专利公开号CN103467309A“一种超级电容器电解质的水相合成方法”，中国发明专利公开号CN101465212A“一种超级电容器电解液”。由于现有技术的配方局限性，都不能使这些用于柔性超级电容器的高粘电解质具有稳定的电化学性能。
发明内容
本发明针对现阶段用于柔性超级电容器的高粘度电解质如何具备随时间保持稳定的电化学性能的问题，提出了一种粘度大、电导率高、电化学工作窗口很宽并且性能随时间能够一直保持稳定的电解质配方。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，所述电解质组合物包括组分及含量如下：
优选地，所述的硫酸盐为硫酸钾、硫酸钠、硫酸铁、硫酸铵中的一种或几种，硫酸盐为电解质提供可移动的阴阳离子。
优选地，所述的无机酸为H3PO4、H2SO4、HClO4、HCl中的一种或几种；所述有机酸是磺基水杨酸、十二烷基苯磺酸中的一种或两种，为电解质提供少量的氢离子，能够显著提高电解质中离子的流动性。
优选地，所述的聚乙烯醇为PVA-1750，聚合度为1700，醇解度为50％，该聚乙烯醇在70℃～75℃范围内可以完全溶解于水，并且显著提高电解质的粘度。
优选地，所述的非离子表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇酯或非离子聚丙烯酰胺等；由于非离子表面活性剂具有在水中不电离的特点，决定了它在以下方面较离子型表面活性剂优越，如在水中和有机溶剂中都有较好的溶解性，在溶液中稳定性高，不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响等，增加了体系的稳定性。
优选地，所述的稳定助剂包括吡啶、环己酮、苯酚、正丁醇或异丁醇等，但不局限于上述几项，以聚乙烯醇作为增粘剂的电解质体系的性能随时间并不稳定，但是上述稳定助剂可以显著提高聚乙烯醇的粘度稳定性，使电解质的体系保持稳定。
优选地，所述的非水溶剂为异丙醇、正丙醇、碳酸丙烯酯、乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过优选聚乙烯醇体系，使电解质具有高粘度特性，通过加入强酸稀溶液以及硫酸盐等强电解质，使电解质的电化学性能优异，通过加入非离子表面活性剂和稳定助剂，使电解质的性能随时间保持稳定；
2、相比于性能随时间能够保持稳定、但电化学性能较差的电解质，其具有更高的电导率和电化学稳定窗口；
3、相比于电化学性能较好、但是性能稳定性较差的电解质，其随时间具有高度稳定的特性；
4、相比于粘度较小或纯水相体系的电解质，其具有更高的粘度，拥有不易泄露、更加安全的特点，更适合作为柔性超级电容器的电解质；
5、工艺简单，成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下述实施例的电解质组合物是通过以下方法制备的：将聚乙烯醇在1500转/min搅拌速度下加入室温(25℃)水中；分散均匀后再用水浴加热方法升温至70℃加速溶解；随后将非离子表面活性剂加入其中，并维持70℃以1500转/min转速搅拌均匀，最后将硫酸盐、无机酸、非水溶剂、稳定助剂依次加入其中，并维持70℃以1500转/min转速搅拌均匀。
下述实施例的组合物中，阴阳离子成分选无机酸、有机酸均可；所述的无机酸为H3PO4、H2SO4、HClO4、HCl中的一种或几种，所述有机酸是磺基水杨酸、十二烷基苯磺酸中的一种或两种，上述有机酸或无机酸组分下均可实现效果。
实施例1
本实施例涉及一种具有高粘度并且性能随时间能够保持稳定的用于柔性超级电容器的电解质组成，包括以下组份及重量含量：
表1
实施例2
本实施例涉及一种具有高粘度并且性能随时间保持稳定的用于柔性超级电容器的电解质组成，包括以下组份及重量含量：
表2
对比例1
本对比例涉及一种常用的用于柔性超级电容器的电解质组合物，包括如下组分及重量含量：
表3
对比例2
本对比例涉及一种常用的用于柔性超级电容器的电解质组合物，包括如下组分及重量含量：
表4
效果检测
将实施例1～2、对比例1通过如下所述的方法制备具有高粘度并且性能随时间保持稳定电解质的柔性超级电容器：
制备柔性超级电容器的流程如下：所选用的电极为聚吡咯/棉织物电极，通过化学聚合法在机织棉织物表面涂覆一层聚吡咯涂层制得，方阻均为10Ω。按照4cm×4cm的长宽尺寸，剪出2片完全相同的聚吡咯/棉织物电极，并在两端分别安装导电铜片，尺寸为0.5cm×1cm；最后用NKK TF40(40μm)电池隔膜进行封装。
对实施例1～2、对比例1～2电解质组成物的性能进行测试，结果如下表5所述：
表5
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述电解质组合物由以下组分及含量组成：
所述的聚乙烯醇为PVA-1750，聚合度为1700，醇解度为50％。
2.根据权利要求1所述的具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述的硫酸盐为硫酸钾、硫酸钠、硫酸铁、硫酸铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述的无机酸为H3PO4、H2SO4、HClO4、HCl中的一种或几种；所述有机酸是磺基水杨酸、十二烷基苯磺酸中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述的非离子表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇酯或非离子聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述的稳定助剂包括吡啶、环己酮、苯酚、正丁醇或异丁醇。
6.根据权利要求1所述的具有高粘度并且随时间保持性能稳定的电解质组合物，其特征在于，所述的非水溶剂为异丙醇、正丙醇、碳酸丙烯酯、乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。
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