[發明專利]一種超級電容器用碳基三元復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110006260.6
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102585496A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 譚強強;邱琳琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K13/06;C08K9/02;C08K3/04;C08K3/22;C08G73/02;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超級電容器用碳基三元復合電極材料的制備方法，屬于電化學和新能源材料領域。

背景技術

在高速發展的現代社會，高性能電化學電容器在移動通訊、信息技術、航空航天和國防科技等領域得到不斷的應用，特別是環保型電動汽車的興起，大功率的超級電容器顯示了前所未有的應用前景。在超級電容器研究中，開發高比容量的電極材料具有重要的應用價值和理論意義。

活性炭是超級電容器中研究最早和最多的，其研究是從1957年Beck等發表的相關專利開始，也是目前電容器生產的主要原料。在導電聚合物中，聚苯胺因其具有原料易得、制備方法簡便、良好的化學穩定性、導電性和化學氧化還原可逆性而深受人們重視，此外聚苯胺作為電化學電容器電極材料具有很大的準電容。與碳基超級電容器相比，復合材料能夠揚長避短，充分結合各自的優點，成為當今研究的熱點。炭材料與導電聚合物的復合材料，能夠將雙電層電容與法拉第電容結合，既可提高超級電容器的比電容，改變其充放電電壓，又可提高其循環性能。應用前景十分廣闊。而有關制備合導電聚苯胺/碳基復材料研究已成為研究熱點，美國專利7033525中報道，采用激光沉積法制備的聚苯胺/碳納米管復合材料具有較高的電導率，但其制備工藝復雜，成本較高不適用于大規模生產。化學氧化法制備聚苯胺活性炭復合電極材料因其制備工藝簡單、成本低廉，目前已被越來越多的科研工作者所關注[Xing?Wei，et?al.，Materials?Letters.Vol?61，4627(2007)]。但以活性炭為基體與納米金屬氧化物共混后得到活性炭/納米金屬氧化物，再通過化學原位聚合使聚苯胺在活性炭/納米金屬氧化物表面生長聚合，使其比較均勻的包覆在活性炭/納米金屬氧化物表面形成碳基三元復合電極材料的研究尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超級電容器用碳基三元復合電極材料的制備方法，具有單一電極材料所不具備的優良性能，其制備過程簡單無污染。

本發明提出的超級電容器用碳基三元復合電極材料及其制備方法包括以下步驟：

1、活性炭的二次活化處理：將一定量的活性炭加入活化劑KOH的飽和溶液充分混合均勻并裝入水平管式爐的鎳舟中，向管式爐通氮氣20～40min以排除空氣；在氮氣保護氣氛下以5℃/min～10℃/min的升溫速度升溫到400℃～500℃，在此溫度下保溫3～5h，然后以5℃/min～10℃/min的升溫速率加熱到800～900℃并在該溫度下保溫2～4h，樣品冷卻至室溫后，用0.5～2mol/L的鹽酸溶液和乙醇交替洗滌至中性，烘干，得到二次活化活性炭；

2、活性炭/納米金屬氧化物復合材料制備：先將納米金屬氧化物加入到乙醇溶液中超聲5～15min使其分散均勻，再向其中加入二次活化活性炭繼續超聲20～30min，其中二次活化活性炭與納米金屬氧化物質量比為100∶2～100∶10，使納米金屬氧化物與二次活化活性炭充分混合，烘干后制得第一組分A，即活性炭/納米金屬氧化物復合材料；

3、將步驟2所得第一組分A和苯胺單體按照3∶1～10∶1的摩爾比加入到100ml0.5～2mol/L無機質子酸溶液中，超聲分散30～60min形成混合液B，在-2～20℃下將溶于0.5～2mol/L的無機質子酸的氧化劑溶液逐滴加入混合液B，攪拌反應5～25h，產物依次用去離子水，乙醇洗滌至濾液無色，真空干燥15～24h，即得超級電容器用碳基三元復合電極材料。

所述活性炭與活化劑KOH按照質量比為1∶2～1∶5的比例混合。

所述的金屬氧化物為鈦氧化物，錳氧化物，鋯氧化物，釩氧化物，鈰氧化物中一種或兩種以上的混合物；

所述的納米金屬氧化物為納米線，納米顆粒，納米棒或納米管；

所述步驟3中苯胺單體與氧化劑的摩爾比為1∶0.5～1∶2。

所述的無機質子酸為硫酸，硝酸，鹽酸，磷酸，高氯酸、醋酸中一種或兩種以上的混合物；

所述的氧化劑為過硫酸銨，氯化鐵，重鉻酸鉀，過氧化氫中一種或兩種以上的混合物。