[發明專利]高電容量聚苯胺和氧化鎳復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410106337.0
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103871757A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉天晴;李常浩
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于電化學電容器材料技術領域。

背景技術

導電聚苯胺利用自身的氧化還原反應產生的贗電容要比雙電層電容量大的多，它相對于碳基超級電容材料在比能量方面有很大優勢，它具有相對快速充放電性能，快速摻雜和脫摻雜能力，可塑性強。在經濟社會快速發展的時代，電化學超級電容器作為一種輕便、靈活、有前景的現代能源儲能裝置，吸引了人們的廣泛關注。聚苯胺是最實用的一種導電高聚物。由于它具有合成簡單、優良的環境穩定性、高導電率和高比電容的特點，所以聚苯胺在超級電容器的電極材料中得到廣泛應用，具有很大的應用前景，但將聚苯胺單獨作為電容器材料，電極的比電容不高，比如公開號為：CN101599369的專利中制備了摻雜態的聚苯胺電極材料，在有機電解液中的比電容僅僅為100?F/g。

所以近年來，無機/有機納米復合材料的出現，引起了人們極大的關注。無機/有機納米復合材料具有這兩種材料的優點，聚合物由于易于合成和質量輕的特點，當與無機物特有的納米特性相結合，使得它們的性質得到增強，聚苯胺與金屬氧化物材料的復合可以很好的改善氧化物用作電容器電極材料的性能。公開號為：CN101570349的專利，公開了一種氧化鎳電容器材料的制備新方法，雖然制備方法簡單，對環境無污染，但本方法得到的電容器比電容較低，只有200?F/g。公開號為：CN1098397的專利，雖然制備的電容器材料具有高的比電容，但是發明中所用到的原材料昂貴，無法實現批量生產。

發明內容

本發明目的在于提出一種方法簡便、價格低廉、條件易于控制合成的高電容量聚苯胺和氧化鎳復合電極材料的制備方法。

本發明技術步驟是：

1）制備溶致液晶：在陰陽離子混合表面活性劑（脂肪類季銨鹽、碳12至碳16磺酸鹽）與C6～C8脂肪醇混合，加入去離子水、硫酸、苯胺和硫酸鎳，振蕩混合，靜置48±0.5小時，形成的溶致液晶。

2）電沉積制備聚苯胺/氧化鎳復合電極材料：以鎳片為電極，在0.75～0.90V電位下進行電沉積，形成復合聚苯胺/氧化鎳材料后，將復合材料在高純氧氣中氧化，可獲得高電容量聚苯胺/氧化鎳復合電極材料。

本發明利用陰陽離子表面活性劑（脂肪類季銨鹽、碳12至碳16磺酸鹽）與碳6至碳8脂肪醇形成的溶致液晶為軟模板，將硫酸摻雜的苯胺與一定濃度的硫酸鎳溶液分別溶于液晶中的親水層與親油層，然后在電極上施加計時電勢，電沉積出具有一定結構形貌的聚苯胺/金屬鎳復合材料。將所得的復合材料在高純氧氣中氧化，得到了復合電極材料。

本發明所用方法、裝置簡單，高比電容量的電極材料純度高、形貌相態均一。具有很好的循環伏安性能，其比電容量可以高達1520?F/g，充放電循環使用壽命可達1350次以上，制成的材料在電容器、儲能等方面有很大的應用潛力。

各物質量質量比：陰陽離子混合表面活性劑、脂肪醇、硫酸、苯胺、硫酸鎳、去離子水這6種原料分別占總料的51.9%～52.8%、34.6%～35.2%、1.1%～1.9%、0.6%～1.2%、0.3%0～0.7%、8.3%～11.0%。在該投料比下，具有很好的循環伏安性能，其比電容量可以高達1520?F/g，充放電循環使用壽命可達1350次以上。

其中，優選地：陰陽離子混合表面活性劑由質量比為1︰1～1.2的陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑混合組成。

陰陽離子混合表面活性劑由脂肪類季銨鹽和碳12至碳16磺酸鹽混合組成。

附圖說明

圖1為實施例一制成的復合材料的掃描電鏡圖。

圖2為實施例二制成的復合材料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

一、制備工藝：

按照一定物質的質量比，將陰陽離子表面活性劑與C6～C8醇混合形成的溶致液晶后，將硫酸摻雜的苯胺與一定濃度的硫酸鎳溶液分別溶于溶致液晶中。鎳片為電極，施加0.75～0.90V電位，電沉積具有一定結構形貌的聚苯胺與金屬鎳復合材料。將所得的復合材料在高純氧氣中氧化，得到了復合電極材料。

采用以下五種不同的配比方案可同樣得到效果相同的電極材料。

方案1：十二烷基三甲基硫化銨和十二烷基磺酸鈉（投料質量比為1：1）合計51.9%、正已醇34.6%、硫酸1.1%、苯胺0.62%、硫酸鎳0.6%、去離子水11.18%。形成的電容量為1335F/g。

制成的復合材料的掃描電鏡圖見圖1所示。