[發明專利]一種可用于超級電容器的高穩定性電極的制備方法

有效

• 申請號: 201711190726.6
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108109854B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 王素敏;王奇觀;張開;申婧文;李璐
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明涉及一種可用于超級電容器儲能器件的高穩定性電極的制備方法。解決了現有技術制備的電極因存在的脫粉問題和活性材料內部結構缺陷而帶來的器件穩定性不高，能量密度不夠大且使用壽命短的問題。本發明的步驟為S1、將納米碳分散到導電高分子單體的酸性水溶液中，一次性快速加入氧化劑，使單體與納米碳進行原位聚合，得到初級聚合復合物；S2、將步驟S1得到的初級復合物重新分散到導電高分子單體的酸性水溶液中，慢速滴加氧化劑，得到次級聚合復合物；S3、將次級聚合復合物分散到水性異氰酸酯中配制為淤漿，取集流體浸泡淤漿中，保持5~30分鐘；S4、在集流體上施加電壓，通過電沉積，將納米碳/導電高分子復合物生長在集流體上，即得電活性電極。

技術領域

本發明涉及電化學電極材料領域，更具體地，涉及一種可用于超級電容器儲能器件的高穩定性電極的制備方法。

背景技術

超級電容器具有充電時間短、功率特性好、使用溫度范圍寬、經濟環保等優點，廣泛應用于電子產品、電力調節、交通運輸、國防、通信、新能源汽車等領域。伴隨著石化能源的日益枯竭，開發充放電速度快、庫倫效率高、循環壽命長且安全性高的新一代超級電容器成為新能源器件的領域的重要技術問題。

決定超級電容器性能的決定因素是對優良導電性能電極的開發。現有技術制備的電極一般先由活性材料與粘結劑輥壓成膜，然后再與泡沫鎳、泡沫鋁等集流體壓制而成[如Q. Wang, S. Qiu, S. Wang, et al. Graphene Oxide/Polyaniline NanotubeComposites Synthesized in Alkaline Aqueous Solution[J]. Synth. Met., 2015,210: 314?322]。但是現有技術生產的電極存在著以下問題：（1）受壓力大小和材料強度的限制，活性材料與集流體之間的結合力通常不高，因此在充放電過程中，隨著活性材料體積的膨脹和縮小，會出現活性材料從集流體上脫落的現象（脫粉）；（2）由于活性材料是由其分子無定形堆積而成，故活性材料內部存在許多缺陷，結構不穩定，在充放電過程中結構易坍塌斷裂。以上兩方面的原因導致組裝器件后的性能要比活性材料本身性能下降至少20%，因此上述方法制備的器件距離人們對新一代超級電容器能量密度更大、壽命更長的實際應用要求還有較大差距。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題的一種可用于超級電容器儲能器件的高穩定性電極的制備方法，解決了現有技術制備的電極因存在的脫粉問題和活性材料內部結構缺陷而帶來的器件穩定性不高，能量密度不夠大且使用壽命短的問題。

為了達到本發明的目的，本發明提供一種用于制備超級電容器儲能器件的高穩定性電極的方法：包括以下步驟

S1、快速聚合:將納米碳分散到導電高分子單體（0.1~1.0mol/L）的酸性水溶液（pH=0~1）中，一次性快速加入氧化劑，使單體與納米碳進行原位聚合，得到初級聚合復合物，其中納米碳分散與導電高分子單體質量比為1:10~100，氧化劑與導電高分子單體質量比為1:1~50:1；

S2、慢速聚合:將步驟S1得到的初級復合物重新分散到導電高分子單體（0.1~1.0mol/L）的酸性水溶液（pH=0~1）中，慢速滴加氧化劑，得到次級聚合復合物，其中初級復合物與導電高分子單體質量比為1:10~100，氧化劑與導電高分子單體質量比為1:1~50:1。；

S3、將次級聚合復合物分散到水性異氰酸酯中配制為淤漿，復合物與異氰酸酯質量比為1:50~1:1000，取集流體浸泡淤漿中，保持5~30分鐘；

S4、在集流體上施加電壓，通過電沉積，將納米碳/導電高分子復合物生長在集流體上，即得電活性電極。

所述S1中，納米碳為石墨、碳納米管或石墨烯；導電高分子為聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩；導電高分子單體為苯胺、吡咯或噻吩，氧化劑為過硫酸氨或雙氧水。

所述集流體為泡沫鎳、泡沫鋁、鋼網、鋼片、鋁片或銅片。