超级电容器电极用凝胶状交联且未干燥的水性聚合物组合物、气凝胶和多孔碳及其制备方法与流程

文档序号:11105844阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种能够通过干燥而形成非整体型有机气凝胶的凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物,所述组合物基于至少部分由多羟基苯R和甲醛F的缩聚而产生的树脂,并且包含至少一种水溶性阳离子型聚电解质P,其特征在于,所述组合物由在水性介质中交联的剪切稀化物理凝胶的微粒的水性分散液形成。

2.如权利要求1所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物,其特征在于,在液体介质中利用激光衍射粒度分析仪测得的所述微粒的体积中值粒度为1μm~100μm。

3.如权利要求1或2所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物,其特征在于,所述水性分散液中的所述凝胶的重量分数为10%~40%。

4.如前述权利要求中任一项所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物,其特征在于,P/R重量比小于0.5,优选为0.01~0.1。

5.如前述权利要求中任一项所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物,其特征在于,所述凝胶是沉淀的预聚物,所述沉淀的预聚物是多羟基苯R、甲醛F、所述至少一种阳离子型聚电解质P和酸性或碱性催化剂C在水性溶剂W中的水溶液的预聚合和沉淀的反应产物,所述组合物不含任何有机溶剂。

6.如前述权利要求中任一项所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物,其特征在于,所述至少一种水溶性阳离子型聚电解质P是选自由季铵盐、聚(氯化乙烯基吡啶鎓)、聚(乙烯亚胺)、聚(乙烯基吡啶)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵)、聚(丙烯酰胺-co-二甲基氯化铵)及其混合物组成的组中的有机聚合物,并且优选为包含源于选自聚卤化(二烯丙基二甲基铵)的季铵的单元的盐。

7.一种非整体型有机气凝胶,其通过干燥前述权利要求中任一项所述的凝胶状、交联且未干燥的组合物而产生,其特征在于,所述气凝胶由通过在烘箱中加热而干燥的所述微粒的粉末形成,在液体介质中利用激光衍射粒度分析仪测得的所述干燥的微粒的体积中值粒度为10μm~80μm。

8.如权利要求7所述的有机气凝胶,其特征在于,所述气凝胶具有均主要为微孔、优选超过60%微孔的比表面积和孔体积。

9.如权利要求7或8所述的有机气凝胶,其特征在于,其热导率小于或等于40mW.m-1.K-1

10.一种非整体型多孔碳,其由权利要求7~9中任一项所述的有机气凝胶的热解产生,其特征在于,所述多孔碳由微球的粉末形成,在液体介质中利用激光衍射粒度分析仪测得的所述微球的体积中值粒度为10μm~80μm,优选为10μm~20μm。

11.如权利要求10所述的多孔碳,其特征在于,所述多孔碳具有:

-大于或等于500m2/g的总比表面积,包括大于400m2/g的微孔比表面积和小于200m2/g的介孔比表面积;和/或

-大于或等于0.25cm3/g的孔体积,包括大于0.15cm3/g的微孔体积。

12.一种电极,所述电极可以用于通过浸入水性离子型电解质而装配超级电容器单元,所述电极覆盖金属集流器,其特征在于,所述电极包括权利要求10或11所述的非整体型多孔碳作为活性材料并且具有小于200μm的厚度,优选的是,所述电极具有绕轴成卷的几何结构,例如为近似圆柱形。

13.一种制备权利要求1~6中任一项所述的凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,所述方法依次包括:

a)在所述至少一种阳离子型聚电解质P和酸性或碱性催化剂C的存在下将所述多羟基苯R和甲醛F溶解在水性溶剂W中,从而获得水溶液;

b)使a)中获得的所述溶液预聚合直至其沉淀,从而获得形成所述剪切稀化物理凝胶的沉淀预聚物,所述预聚合优选在温度高于40℃的油浴中进行,例如在45℃~70℃进行;

c)可选地冷却所述预聚物,优选冷却至低于20℃的温度;

d)在所述水性溶剂中稀释所述预聚物,从而形成所述凝胶的微粒的所述水性分散液;并且

e)通过加热所述分散液使所述预聚物在水性分散液中交联。

14.如权利要求13所述的制备凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,在步骤a)中,所述至少一种阳离子型聚电解质P和所述多羟基苯R按P/R重量比小于0.5、优选0.01~0.1使用。

15.如权利要求13或14所述的制备凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,步骤d)在10℃~30℃的温度并且按照所述水性分散液中的所述预聚物的重量分数为10%~40%、优选为15%~30%进行。

16.如权利要求13~15中任一项所述的制备凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,步骤e)的加热在回流下伴随搅拌于80℃~110℃的温度进行至少1小时,从而使所述凝胶完全聚合。

17.如权利要求13~16中任一项所述的制备凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,所述方法包括:在步骤e)之后,对所述交联的预聚物的所述水性分散液施加分离步骤f),其包括沉降和除去所述分散液的上层清水,或者过滤所述分散液。

18.如权利要求13~17中任一项所述的制备凝胶状、交联且未干燥的水性聚合物组合物的方法,其特征在于,所述方法不使用任何有机溶剂、任何获得整体型凝胶的步骤和任何研磨整体型凝胶的步骤。

19.一种制备权利要求7~9中任一项所述的非整体型有机气凝胶的方法,其特征在于,在既没有溶剂交换又没有利用超临界流体进行干燥的情况下,所述凝胶状、交联且未干燥的组合物通过在烘箱中进行加热而干燥。

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