一种基于富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的超级电容器的制造方法

文档序号:9912914阅读:572来源:国知局
一种基于富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的超级电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超级电容器,具体说来涉及一种超级电容器材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 超级电容器也叫电化学电容器,是一种介于二次电池和常规电容器之间的储能器 件。它兼有功率密度大和能量密度大的优点,同时具有充放电效率高、工作温度范围宽等特 点,因此被广泛应用于通讯系统、数据存储系统、计算机、新能源汽车等方面。
[0003] 按照储能机制,超级电容器可以分为法拉第型电容器和双电层电容器两种,在超 级电容器中,电极材料是关键,它决定了整个器件的性能指标。常用的电极材料有金属氧化 物、导电聚合物和多孔碳材料。在导电聚合物中,聚苯胺具有原料易得、合成方便、理论电容 值高、循环寿命长、能够快速进行氧化还原反应的特点,同时,富勒烯纳米纤维具有可循环 使用、绿色无毒、化学稳定性高、使用温度范围宽等优点,可以用来与聚苯胺复合增强其稳 定性,提尚电容器的性能。因此,其研究具有巨大的意义。

【发明内容】

[0004] 本发明利用富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料作为电极材料制作超级电容器,旨 在提高现有超级电容器比电容低、循环稳定性差的缺点。
[0005] 本发明所述以富勒稀纳米纤维/聚苯胺复合材料作为电极材料制作超级电容器包 括如下步骤:
[0006] 1)采用液-液界面析出法制备富勒烯纳米纤维的悬浮液,此处所述富勒烯为C60、 C70、C6Q/C7Q混合物及其衍生物。
[0007] 2)采用化学氧化法制备本征态聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB) 并将其溶于良溶剂中得到聚苯胺的饱和溶液;此处所述的本征态聚苯胺的结构如式I所示。
[0008]
[0009] 式I 中,η为1 ~500。
[0010] 步骤2)中所述的富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料中富勒烯纳米纤维和聚苯胺的 质量比为(30~42) :50。
[0011] 3)将上述步骤1)制备的悬浮液加入上述步骤2)制备的聚苯胺溶液中,静置培养得 到富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料;
[0012] 4)将富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料、炭黑和粘合剂以(10~90): (80~5): (10 ~5)质量比混匀后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨,转移到洗净的不锈钢网上,在一 定温度和压力的条件下放置一段时间得到超级电容器电极;
[0013] 5)将两个超级电容器电极中间放置聚丙烯电解质隔膜,在隔膜和电极之间加入硫 酸和PVA的凝胶电解质并在导电隔膜上涂上导电胶,引出导线并用密封胶密封,得到超级电 容器。
[0014] 步骤4)中所述的反应温度为35-100°C,压力为l-20MPa。
[0015] 步骤4)中所述的粘合剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
[0016] 步骤5)中所述的电解质为硫酸/聚乙烯醇的酸性凝胶电解质。
【附图说明】
[0017] 图I C6Q富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的扫描电子显微镜照片;
[0018] 图2本发明实施例1制备的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线。
【具体实施方式】
[0019] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明的技术特征,但本发明的保护范围并非 局限于下列实施例。
[0020] 实施例1:
[0021] 1.称取42mg富勒烯C6q粉末,研磨后溶解于15mL甲苯中,冰浴条件下超声IOmin;过 滤上述溶液后向其中加入15ml异丙醇,放入恒温培养箱中4°C恒温里培养24h,制备C 6q富勒 烯纳米纤维悬浮液,其长度约为10-20μπι;
[0022] 2 ·量取3 · 64ml苯胺(An)加入到的200mL浓度为lmol/L的HCl中混合搅拌;再向上述 溶液中加入2.3g过硫酸铵(APS ),搅拌Imin后,放入冰箱控温为-12 °C条件下冷藏12h,抽滤 后加入45mL浓度为1.74mol/L氨水浸泡30min,干燥得本征态聚苯胺(PANI-EB)粉末,研磨待 用;
[0023] 3.取PANI-EB粉末溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,超 声5min,过滤得PANI-EB/NMP溶液,取PANI-EB/NMP溶液加入到步骤1)制备的C 6q富勒烯纳米 纤维悬浮液中,冰浴条件下超声30min,放入冰箱中4°C冷藏48h得到C6q富勒烯纳米纤维/聚 苯胺复合材料的悬浊液;
[0024] 4.取上述含有C6q富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的悬浊液20mL加入IOOmL乙醇 后过滤。后取出沉淀得到具有特殊波纹状形貌的C6q富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料,其 SEM照片如图1所示;
[0025] 5.取上述C6Q富勒稀纳米纤维/聚苯胺复合材料7.5mg置于研钵中,加入1.5mg炭黑 和Img聚偏氟乙烯。后加入20yLN-甲基吡咯烷酮,研磨均匀后转移到干净的不锈钢网上得到 超级电容器的电极;
[0026] 6.将两个超级电容器电极中间放置聚丙烯电解质隔膜,在隔膜和电极之间加入硫 酸/聚乙烯醇的凝胶,并在导电隔膜上涂上导电胶,引出导线并用密封胶密封,得到超级电 容器。
[0027] 实施例2:
[0028]本实施例与实施例1相同,不同之处在于所使用的富勒烯纳米纤维是由C7Q(C70纯 度为98-99.9%)工6〇/^7()混合物或其衍生物(如(:6()[(:(00(: 2!15)2])或高碳数富勒烯(如(:82、 C84、ClOO、CllO......C540 )组成。
[0029] 实施例3:
[0030]本实施例与实施例1相同,不同之处在于制作电极的时候用的粘合剂为聚偏氟乙 烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
[0031] 实施例4:
[0032] 本实施例与实施例1相同,不同之处在于制作电极的时候用的集流体为泡沫镍。
【主权项】
1. 一种超级电容器的制备方法,具体是按照以下步骤制备的: 1) 将富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料、炭黑和粘合剂以(10~90): (80~5): (10~5) 质量比混匀后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨,转移到洗净的不锈钢网上,在反应温 度35-100°C,压力为l_20MPa的条件下放置一段时间得到超级电容器电极; 2) 将两个超级电容器电极中间放置聚丙烯隔膜,在隔膜和电极之间加入酸性凝胶电解 质,并在导电隔膜上涂上导电胶,引出导线并用密封胶密封,得到超级电容器。2. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述的聚苯胺为化学氧化法制备的 本征态聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB),其结构如式I所示,式I中,η为1~500。3. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述富勒烯为C6Q、C7Q、C6()和C 7Q混合物 及其衍生物。4. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材 料中富勒烯纳米纤维和聚苯胺的质量比为(30~42) :50。5. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材 料具有特殊的具有波纹状的形貌,如图1所示。6. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述的步骤1)中的粘合剂为聚四氟 乙烯、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。7. 根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于所述的步骤2)中的酸性凝胶电解质 为硫酸和PVA的凝胶电解质。
【专利摘要】一种超级电容器电极材料及超级电容器的制备方法,属于超级电容器领域。该超级电容器包括正负极、设置在正负极之间的聚合物电解质薄膜、固体电解质,所述的正负极材料是富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料,所述的聚合物薄膜是聚丙烯薄膜,所述的固体电解质是硫酸分散在聚乙烯醇中得到的。本发明还提供了一种超级电容器的制造方法。本发明得到了一种具有高的质量比电容的电容器,其质量比电容可以达到527F/g。
【IPC分类】H01G11/48, H01G11/84, H01G11/30
【公开号】CN105679553
【申请号】CN201610257603
【发明人】朴光哲, 王海滨
【申请人】青岛科技大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月22日
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