[發(fā)明專利]一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710678957.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN107610944A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李會(huì)林;陳開斌;高彪峰;孫麗貞;羅英濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/46;H01G11/48
• 代理公司: 中國(guó)有色金屬工業(yè)專利中心11028
• 代理人: 李迎春,李子健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)電容器電極材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器是近年來發(fā)展迅速的新型儲(chǔ)能器件。它具有快速充放電特性，功率密度是普通電池的幾十倍甚至幾百倍；其循環(huán)壽命長(zhǎng)，充放電循環(huán)次數(shù)可高于十萬次，是普通電池的幾百倍甚至幾千倍；另外，它具有成本低、充放電效率高、不需要維護(hù)和保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在移動(dòng)通訊、信息技術(shù)、電動(dòng)汽車、航空航天和國(guó)防科技等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。超級(jí)電容器主要由電極、電解液、隔膜、引線和封裝材料幾部分組成。電極材料是決定超級(jí)電容器性能與成本的關(guān)鍵因素，是超級(jí)電容器領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)及熱點(diǎn)。超級(jí)電容器按照儲(chǔ)能機(jī)理可以分為兩類：基于雙電層原理儲(chǔ)存電能的雙電層電容器和利用可逆氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生贗電容的法拉第電容器。這兩類電容器在組成上的主要差別是電極材料的不同，雙電層電容器一般由碳材料構(gòu)成電極，法拉第電容器一般由金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔镒鲭姌O材料。

雙電層電容器碳材料包括活性炭、模板碳、炭氣凝膠、碳納米管和石墨烯等。碳材料中已產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的主要是活性炭材料，活性炭材料具有原料易得、生產(chǎn)成本低、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前超級(jí)電容器產(chǎn)品的主要電極材料，然而，其比容量偏低是進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。以表面快速可逆的化學(xué)反應(yīng)為儲(chǔ)能機(jī)理的金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物電極材料具有幾倍于碳材料的理論比電容，其中的代表二氧化錳和聚苯胺均具有1000F/g以上的理論比電容。二氧化錳作為超級(jí)電容器電極材料，具有較好的電化學(xué)性能和高比容量，來源廣泛，容易制備，有著非常廣闊的前景。聚苯胺具有原料易得、合成簡(jiǎn)便、成本低廉、電性能優(yōu)異及高分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ母弑饶艹?jí)電容器電極材料。但這兩種材料普遍存在力學(xué)性能、電子傳導(dǎo)和離子傳導(dǎo)能力差的缺點(diǎn)，限制了其循環(huán)穩(wěn)定性和比功率的發(fā)揮。因此改善和提高其力學(xué)性能及導(dǎo)電性能成為其實(shí)用化的關(guān)鍵因素，發(fā)展這兩種材料和高導(dǎo)電碳材料的復(fù)合材料是解決該難題的有效手段。

中國(guó)發(fā)明專利CN101696323A中，發(fā)明人將高錳酸鹽作為氧化劑氧化苯胺，直接制備得到聚苯胺/二氧化錳復(fù)合材料，該方法工藝簡(jiǎn)單，通過一步即可直接得到聚苯胺/二氧化錳復(fù)合材料。只是僅有這兩種材料復(fù)合，沒有和高導(dǎo)電碳材料復(fù)合，聚苯胺和二氧化錳力學(xué)性能差、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)不能得到有效彌補(bǔ)。

中國(guó)發(fā)明專利CN102585496A中，發(fā)明人將活性炭與納米金屬氧化物在乙醇中超聲共混后得到活性炭/納米金屬氧化物，再通過化學(xué)原位聚合使聚苯胺在活性炭/納米金屬氧化物表面生長(zhǎng)聚合，形成碳基三元復(fù)合電極材料。這個(gè)制備過程中，活性炭和納米金屬氧化物在乙醇中均不溶，納米顆粒容易團(tuán)聚，只通過超聲混合難以混合均勻，得到的活性炭/納米金屬氧化物結(jié)合可能也不牢固。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便的復(fù)合材料制備方法，制得的聚苯胺/二氧化錳/活性炭復(fù)合材料用作超級(jí)電容器電極材料，能同時(shí)發(fā)揮雙電層電容和膺電容儲(chǔ)能特性，比容量高，循環(huán)性能好。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其制備過程的步驟包括：

(1)將苯胺單體溶于有機(jī)試劑中，攪拌，得到溶液A；

(2)將高錳酸鹽溶于水中，得到溶液B；

(3)將活性炭浸入到溶液A中，超聲分散，過濾，干燥，得到苯胺單體/活性炭復(fù)合材料；

(4)將苯胺單體/活性炭復(fù)合材料浸入到溶液B中，攪拌反應(yīng)；

(5)過濾反應(yīng)產(chǎn)物，用去離子水和有機(jī)溶劑洗滌產(chǎn)物，直至濾液為無色；

(6)將洗滌后的產(chǎn)物真空干燥，得到聚苯胺/二氧化錳/活性炭復(fù)合材料。

本發(fā)明的一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其所述苯胺單體的濃度為0.05-1mol/L。

本發(fā)明的一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其步驟(1)中的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙醚、乙腈或丙酮。

本發(fā)明的一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其高錳酸鹽為高錳酸鉀、高錳酸鋰或高錳酸鈉，高錳酸鹽溶液的濃度為0.01-2mol/L。

本發(fā)明的一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其步驟(4)中的攪拌反應(yīng)溫度為0-80℃，反應(yīng)時(shí)間為1-24h。

本發(fā)明的一種用于超級(jí)電容器的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于其步驟(6)中的真空干燥溫度為50-120℃，干燥時(shí)間為12-36h。