[發明專利]一種超級電容器電極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110455202.1
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102568644A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張紅明;趙強;李季;王獻紅;王佛松
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01B1/14
• 分類號: H01B1/14;H01B13/00;H01G9/042
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，特別涉及一種超級電容器電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器是一種性能介于電池與傳統電容器之間的綠色儲能器件，具有功率密度高、充放電速度快和工作溫度范圍寬等優點，在電動汽車、移動通訊和航空國防等領域有著遠大的應用前景。

超級電容器的性能主要取決于超級電容器電極材料。目前，常用的超級電容器電極材料主要有碳基材料、金屬氧化物或水合物和導電聚合物。其中，碳基材料具有高達10萬次的循環壽命，比表面積為1000m²g^-1～3000m²g^-1，空隙率較高，成本較低，但是其比表面積的有效使用率僅為30％，導致其比電容較小，在150F·g^-1以下(Carbon，2005，43，1293)，嚴重阻礙了碳基材料商業化的發展；金屬氧化物或水合物具有較高的比電容，如無水氧化釕的比電容為385F·g^-1(Nature?Mater.2006，5，713)，氧化釕水合物的比電容為920F·g^-1(J.Electrochem?Soc，2006，153，A2049)，但是該類電極材料的循環壽命小于1萬次，循環穩定性不理想，并且其高昂的成本限制了其在商業中的廣泛應用；相比碳基材料和金屬氧化物或水合物，導電聚合物具有電導率高、合成簡單和價格低廉等優點，但是其在放電時伴隨有脫摻雜，摻雜對離子會從聚合物網絡內脫出而進入電解液，導致聚合物的體積收縮，比容量降低，進而會影響導電聚合物的循環壽命，因此，提高導電聚合物電極材料的綜合性能的研究備受關注。在導電聚合物電極材料中，導電聚苯胺因具有良好的穩定性、導電性、快速摻雜/脫摻雜的特性和原料廉價易得等優點，已成為了一種重要的超級電容器電極材料。

現有技術公開了多種導電聚苯胺電極材料及其制備方法，如synth?met中采用電化學方法制備得到了100nm的聚苯胺纖維，其作為電極材料在經過1000次循環后，比電容下降了3％(synth?met，2006，156，224)；而Solid?State中采用電化學方法制備得到了30nm～60nm的聚苯胺納米纖維，其作為電極材料在經過1500次循環后，比電容下降了10％(Solid?State，2005，8，A630)。上述兩種電極材料為納米纖維狀結構，具有良好的空隙結構和較高的比表面積，利于浸入電解液，便于充放電過程中離子的嵌入和脫出，雖然能使比電容和循環性能有所改善，但是其循環壽命仍不理想，需要進一步提高，而且上述電化學方法與化學方法相比，不適于大規模工業化生產，實用性不足。

授權公告號為CN100480443C的中國專利文獻公開了一種超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維的制備方法，該制備方法將苯胺溶于有機溶劑中，配成苯胺濃度為0.05mol/L～0.3mol/L的溶液A，將氧化劑過硫酸銨溶于0.5mol/L～2mol/L的無極質子酸溶液中配成溶液B，其中，溶液B中氧化劑濃度與溶液A中苯胺濃度之比為0.2～1.0，然后將溶液A和溶液B依次移入反應器內，兩種溶液形成油/水兩相界面，并發生聚合反應，室溫下反應5h～30h后，收集產物，用水、乙醇和丙酮洗滌產物至洗滌液為無色，最后將洗滌后的產物在40℃～80℃下真空干燥12h～48h，即得聚苯胺納米纖維，其作為超級電容器電極材料在充放電循環500次后，比容量衰減在5％以內。該方法為化學方法，雖然制備得到超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維，但是所得電極材料的循環壽命同樣有待進一步提高。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種超級電容器電極材料及其制備方法，本發明提供的超級電容器電極材料具有較好的循環壽命，利于應用。

本發明提供了一種超級電容器電極材料，包括：

由插層劑修飾的層狀物質，所述層狀物質為納米蒙脫土或云母；

穿插于所述層狀物質的層狀結構中的導電聚苯胺。

優選的，所述插層劑為十二烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨或十八烷基甲基二甲基氯化銨。

優選的，所述插層劑與所述層狀物質的質量比為(4～12)∶(10～15)；

所述層狀物質與所述導電聚苯胺中苯胺單體的質量比為(10～15)∶(30～32)。

優選的，所述導電聚苯胺為由摻雜酸摻雜的聚苯胺，所述摻雜酸為含有乙氧基的磷酸酯或磺酸酯。

優選的，所述摻雜酸的體積與所述聚苯胺中苯胺單體的質量之比為(30～35)mL∶(30～32)g。