[發(fā)明專利]一種碳氣凝膠?導電聚合物超級電容器電極的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107068424A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉霞;呂志祥;張繼承
• 申請（專利權）人: 無錫德碳科技股份有限公司
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/32;H01G11/48
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發(fā)明屬于電化學領域，涉及一種新型超級電容器電極的制備方法，尤其涉及一種碳氣凝膠-導電聚合物復合材料超級電容器電極的制備方法。

背景技術

現(xiàn)代科技社會的發(fā)展要求大規(guī)模使用和儲存能量，進而有效提高能源利用率。超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型儲能元件，具有循環(huán)壽命長，功率密度高，成本低廉等優(yōu)點，備受人們青睞。

碳氣凝膠是納米級輕質多孔碳材料，不僅導電性好，而且兼具比表面積大、孔隙率高、循環(huán)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，被廣泛應用于超級電容器電極材料的制備中。另外，高分子導電聚合物因其制備方法簡單、化學穩(wěn)定性好、法拉第贗電容較高，也經(jīng)常被用來構筑超級電容器的電極材料。

碳氣凝膠單獨作為電極材料時其雙電層電容較差，這將嚴重阻礙其在超級電容器中的應用。導電聚合物構筑的超級電容器在循環(huán)過程中電極材料會溶解到電解液中，使得循環(huán)穩(wěn)定性降低，比電容較小。目前，解決上述問題的有效方法就是將碳氣凝膠和導電聚合物進行復合，但現(xiàn)有技術中制備得到的碳氣凝膠-導電聚合物超級電容器電極中，導電聚合物的負載率低，且制備工藝復雜，難以進行大規(guī)模生產(chǎn)。充分利用碳氣凝膠的雙電層電容和導電聚合物的贗電容，可得到比電容更大，循環(huán)壽命更長的超級電容器，更符合工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種碳氣凝膠-導電聚合物超級電容器電極的制備方法，所述方法制備得到的電極充分利用碳氣凝膠的雙電層電容和導電聚合物的贗電容，可得到比電容更大，循環(huán)壽命更長的超級電容器，更符合工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

本發(fā)明提供一種碳氣凝膠-導電聚合物超級電容器電極的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將間苯二酚以及甲醛溶于溶劑中，加入催化劑，所述催化劑與間苯二酚的摩爾比為(10～25):1，反應得到水凝膠；

(2)將步驟(1)得到的凝膠置于酸溶液中，加熱老化，使用交換劑進行溶劑交換，干燥得到干凝膠；

(3)在惰性氣體保護下對步驟(2)得到的干凝膠進行碳化，得到碳氣凝膠；

(4)將步驟(3)得到的碳氣凝膠與炭黑、聚偏氟乙烯以及溶劑混合成漿料，將得到的漿料涂覆在鋁箔上，得到碳氣凝膠電極；

(5)將步驟(4)得到的碳氣凝膠電極置于導電聚合物單體和鹽酸的混合溶液中，在0.6～0.8V的電壓下采用電化學聚合法，得到碳氣凝膠-導電聚合物超級電容器電極。

其中，步驟(1)所述催化劑與間苯二酚的摩爾比可以是10:1、12:1、15:1、18:1、20:1、22:1或25:1等；步驟(5)所述電壓可以是0.6V、0.62V、0.65V、0.68V、0.7V、0.72V、0.75V、0.78V或0.8V等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述各數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明采用電化學聚合法，使導電聚合物單體在碳氣凝膠電極表面發(fā)生原位聚合，由于聚合物單體的分子量小，分子體積小，更容易被吸附到碳氣凝膠中，進而發(fā)生聚合反應，使得導電聚合物的負載率更高，從而充分利用了碳氣凝膠的雙電層電容和導電聚合物贗電容，提高了超級電容器的比容量，以及循環(huán)性能。

當催化劑與間苯二酚的摩爾比小于10:1時，酚醛樹脂的聚合程度低，凝膠纖維較細，而凝膠內(nèi)部孔徑較小，導致導電聚合物的分子量較小，贗電容降低，電極的性能下降，而當催化劑與間苯二酚的摩爾比大于25:1時，酚醛樹脂的聚合程度過高，導致凝膠纖維半徑過大，凝膠內(nèi)部孔徑較大，對導電聚合物單體的吸附性能差，負載程度降低。

當電化學聚合的電壓小于0.6V時，會降低導電聚合物的聚合度，而當電化學聚合的電壓大于0.8V時會使導電聚合物的聚合過快，導電聚合物單體還未充分吸附進入碳氣凝膠中就提前聚合了，降低了導電聚合物的負載率，因此不僅要合理調(diào)節(jié)催化劑與間苯二酚的摩爾比，同時要控制好電化學聚合時的電壓，二者協(xié)同作用，才能得到性能優(yōu)異的碳氣凝膠-導電聚合物電極。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(1)所述甲醛和間苯二酚的摩爾比為(3～5):1，如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

優(yōu)選地，步驟(1)所述溶劑包括水和/或乙醇。

優(yōu)選地，步驟(1)所述間苯二酚和溶劑的摩爾體積比為1:(1～10)，如1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。