[發(fā)明專利]一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極的制備方法

在審

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• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110808178A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 袁國輝;王元明;王雪;白洋;肖歡浩;劉楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極及其制備方法，本發(fā)明涉及一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極及其制備方法。本發(fā)明是要解決目前二維碳化鈦在正極窗口容量較低且容易被氧化問題，方法為：制備納米尺度聚苯胺分散液；制備少層二維碳化鈦分散液；制備聚苯胺/碳化鈦復合材料；制備聚苯胺/碳化鈦高濃度油墨；制備聚苯胺/碳化鈦柔性電極。本發(fā)明的制備方法制備工藝簡單、成本低、可規(guī)模化生產；獲得的柔性電極具有高質量比電容、高體積比電容以及好的柔性。本發(fā)明屬于納米材料技術領域。

技術領域

本發(fā)明涉及柔性電極領域，具體涉及一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極的制備方法。

背景技術

MXene(過渡金屬碳/氮化物)是近幾年發(fā)現(xiàn)的一種類石墨烯二維材料，具有超高體積比容量、金屬級導電性、良好的親水性及豐富的表面化學。通過活性物質與MXene進行復合，可以獲得一類具有質量比電容高，倍率性好的復合材料，然而常用的復合材料制備方法常常不可避免需要添加氧化劑或者需要加熱條件，從而會部分氧化MXene導致其導電性下降，影響復合材料的電化學性能的提高程度。并且目前，隨著便攜式及可穿戴電子產品的發(fā)展，輕量化小體積的柔性電極已成為儲能領域研究的重要方向?；诨钚晕镔|與MXene復合材料在柔性儲能器件領域的應用仍然難以實現(xiàn)高柔性與高比電容之間的平衡，能夠實現(xiàn)自支撐的基于MXene的柔性正極材料更是寥寥無幾。因此，為充分利用MXene屬性和進一步挖掘MXene的潛力，迫切需要制備出性能更加優(yōu)異的基于MXene的柔性電極。

發(fā)明內容

本發(fā)明是要解決目前二維碳化鈦在正極窗口容量較低且容易被氧化的問題；解決二維碳化鈦負載活性物質通常無法制成自支撐膜問題；解決二維碳化鈦復合活性物質易被氧化的問題；解決基于二維碳化鈦復合正極膜材料種類少的問題；解決基于二維碳化鈦復合正極膜材料比容量低的問題；解決基于二維碳化鈦復合膜材料難以大規(guī)模生產的問題；解決現(xiàn)有制備方法工藝復雜、耗時、成本高的問題。而提供了一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極的制備方法。

本發(fā)明采用導電聚合物聚苯胺作為活性物質與碳化鈦進行復合，通過無氧化自組裝的方式制備聚苯胺/碳化鈦復合材料，再添加有機溶劑制得聚苯胺/碳化鈦油墨，通過簡單刮涂的方式獲得自支撐的聚苯胺/碳化鈦柔性膜，得到兼具高比電容和柔性的超級電容器用柔性電極，為可穿戴電子產品用柔性能源存儲設備的規(guī)?；a提供了一種有效的策略。

本發(fā)明的一種具有高比電容聚苯胺/碳化鈦柔性電極的制備方法，該方法按如下步驟進行：

一、通過化學氧化聚合方法制備聚苯胺，將聚苯胺水洗后添加到氨水溶液中去質子化，經過水洗、醇洗和真空干燥后制得去質子化的聚苯胺粉末；

二、將去質子化的聚苯胺粉末添加到N-甲基吡咯烷酮溶劑中并加熱攪拌得到納米尺度聚苯胺分散液；

三、通過刻蝕三元層狀化合物陶瓷材料Ti₃AlC₂中的Al原子層合成得到碳化鈦；

四、將合成的碳化鈦分散水中，然后將碳化鈦水分散液與納米尺度聚苯胺分散液混合，得到聚苯胺/碳化鈦復合材料；

五、向聚苯胺/碳化鈦復合材料中添加N-甲基吡咯烷酮溶劑，并不斷研磨得到聚苯胺/碳化鈦雜化油墨，并通過刮涂干燥的方式得到聚苯胺/碳化鈦柔性電極。

本發(fā)明包含以下有益效果：

(1)本發(fā)明的制備方法可避免碳化鈦與聚苯胺復合過程中被氧化劑(過硫酸銨或三氯化鐵)氧化；

(2)制備聚苯胺/碳化鈦油墨，通過刮涂的方式制備柔性電極，工藝簡單；

(3)該方法制備的柔性電極可以達到90cm²以上，可實現(xiàn)規(guī)?；a；

(4)聚苯胺/碳化鈦具有高的柔性，可彎折，卷曲。