[發(fā)明專(zhuān)利]一種用共電沉積法制備超級(jí)電容器電極材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310295222.6
• 申請(qǐng)日: 2013-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103361698A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊誠(chéng);蘇滋津
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類(lèi)號(hào): C25D9/06
• 分類(lèi)號(hào): C25D9/06;C25D13/06;H01G11/86
• 代理公司: 深圳市匯力通專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;茅秀彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及電化學(xué)技術(shù)，具體涉及一種用共電沉積法制備超級(jí)電容器電極材料的方法。

背景技術(shù)

隨著全球礦石能源的日趨耗竭以及礦石能源在使用過(guò)程中所帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題，清潔能源的使用成為了全球共同關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，由于其具有功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注和研究。近年來(lái)，超級(jí)電容器作為一種新型的能量存儲(chǔ)器件已經(jīng)成功的應(yīng)用在運(yùn)輸工具、無(wú)線通訊設(shè)備、電網(wǎng)、消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。

超級(jí)電容器，也叫贗電容器，是一種介于充電電池和電容器之間的一種新型儲(chǔ)能器件，具有電容和二次電池的特點(diǎn)。相比于鋰離子電池，超級(jí)電容器具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：具有很高的功率密度，是鋰離子電池的數(shù)十倍以上；超長(zhǎng)的壽命，其壽命是鋰離子電池的數(shù)十倍；充放電速度快；適用溫度寬，可在-40℃~70℃之間正常工作；體積小，容量大；可靠性好，成本低廉。

超級(jí)電容器按照電極材料的屬性可以分為碳材料、金屬氧化物、高分子聚合物超級(jí)電容器等類(lèi)型。目前應(yīng)用比較廣泛的是碳材料超級(jí)電容器，性能可靠，價(jià)格低廉，但是由于其理論電容較低，在應(yīng)用方面受限。而高分子聚合物相比于碳材料，單獨(dú)使用有循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。相比而言，金屬氧化物超級(jí)電容器具有容量高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。其中，MnO₂作為一種被廣泛應(yīng)用的超級(jí)電容器材料，由于其具有高的理論比容量（1370F/g）、綠色環(huán)保和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛的研究和應(yīng)用。但是由于MnO₂本身的導(dǎo)電性能很差，因此導(dǎo)致無(wú)法充分利用其電容量，實(shí)際應(yīng)用中電容只有50-250F/g，限制了MnO₂的廣泛應(yīng)用。

為了提高M(jìn)nO₂的導(dǎo)電性，一個(gè)有效的方法是將MnO₂同導(dǎo)電物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性。不少研究工作將MnO₂粉末同一些導(dǎo)電物質(zhì)，諸如，活性炭、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯等進(jìn)行復(fù)合。但是在用常規(guī)的方法對(duì)這些材料進(jìn)行復(fù)合過(guò)程中都必須加入聚四氟乙烯（PTFE）等高分子粘結(jié)劑來(lái)提高整體電極物質(zhì)的粘結(jié)性和機(jī)械穩(wěn)定性。可是PTFE這類(lèi)物質(zhì)加入后會(huì)降低復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而影響材料整體的電化學(xué)性能。因此如果添加的粘結(jié)劑既可以改善粘結(jié)，同時(shí)又有利于提高導(dǎo)電性，則將有利于問(wèn)題的解決。目前廣泛采用的傳統(tǒng)的機(jī)械混合金屬氧化物和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等手段，不易得到極其均勻的復(fù)合體，因此，金屬氧化物的電容性能仍然得不到非常有效的應(yīng)用，限制了其性能發(fā)揮。盡管近期有報(bào)道采用導(dǎo)電高分子原位聚合等方法制備均一的納米復(fù)合體，但是產(chǎn)率低，制作周期長(zhǎng)，存在一定的污染，不利于工業(yè)化生產(chǎn)制作。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有超級(jí)電容器電極材料存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用共電沉積法制備超級(jí)電容器電極材料的方法，其通過(guò)電化學(xué)沉積和電泳沉積方法將二氧化錳和聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）導(dǎo)電高分子同步進(jìn)行沉積復(fù)合，形成均勻的具有高電化學(xué)性能和良好機(jī)械穩(wěn)定性的超級(jí)電容器電極材料，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種用共電沉積法制備超級(jí)電容器電極材料的方法，其特征在于，以導(dǎo)電材料制作集流體，用共電沉積法同步進(jìn)行二氧化錳[MnO₂]的陽(yáng)極電沉積和聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[PEDOT:PSS]的陽(yáng)極電泳沉積，在該集流體表面形成質(zhì)地均勻的二氧化錳/聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[MnO₂/PEDOT:PSS]納米復(fù)合體結(jié)構(gòu)沉積層。

其中，所述共電沉積法包括以下步驟：1).將二價(jià)錳鹽溶解于水中得到錳鹽溶液，二價(jià)錳離子的濃度為0.01-5mol/L；2).配制質(zhì)量百分濃度為1-2%的聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[PEDOT:PSS]溶液，聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）[PEDOT]與聚（苯乙烯磺酸）[PSS]的摩爾比為1:1-3；將該溶液與錳鹽溶液混合，經(jīng)超聲分散得到混合物母液；3).以所述集流體作為工作陽(yáng)極，與一工作陰極均插入該混合物母液，在兩者間施加電壓，進(jìn)行反應(yīng)；4).將步驟3)共電沉積后的所述集流體取出，用去離子水沖洗，干燥即得表面具有MnO₂/PEDOT:PSS納米復(fù)合體結(jié)構(gòu)沉積層的電極材料。

所述步驟1)之前還包括去除所述集流體表面的有機(jī)官能團(tuán)的步驟，該步驟為：將所述集流體置于乙醇和丙酮按照體積比1:1配置的混合液中，超聲處理1-60分鐘，取出干燥。