專利名稱：一種超級(jí)電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器領(lǐng)域，具體涉及一種超級(jí)電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器(Supercapacitors),也叫電化學(xué)電容器(ElectrochemicalCapacit0rS，ECS)，是一種性能介于常規(guī)電容器和二次電池之間的新型儲(chǔ)能元件。它兼有常規(guī)電容器功率密度大和二次電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，具有充放電效率高、安全等獨(dú)特性能，可作為大功率脈沖電源，在數(shù)據(jù)記憶存儲(chǔ)系統(tǒng)、便攜式儀器儀表、備用電源、通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、電焊機(jī)、充磁機(jī)、閃光燈、電動(dòng)車混合電源等領(lǐng)域都有廣闊應(yīng)用前景。一般電化學(xué)超級(jí)電容器包括密封膠、電解液、隔膜、正/負(fù)電極，先將電極材料加入一定量的粘合劑制成漿料，涂于鋁箔等集流體上制成正/負(fù)電極，干燥后再將正、負(fù)電極疊合在一起，中間放入隔膜，浸入殼體內(nèi)的電解液中，然后用抽真空或靜置的方法除去電解質(zhì)內(nèi)的氣泡，最后用密封膠密封周邊，便得到電化學(xué)超級(jí)電容器。由于鋁箔、銅箔等集流體表面較光滑，長(zhǎng)時(shí)間浸泡及充放電時(shí)材料的膨脹收縮等原因?qū)е禄钚晕镔|(zhì)的部分脫落，從而比容量降低，影響其循環(huán)壽命。超級(jí)電容器按儲(chǔ)能機(jī)制可分為雙電層電容器、法拉第準(zhǔn)電容器兩種類型。在超級(jí)電容器中，電極材料是關(guān)鍵，它決定著電容器的主要性能指標(biāo)。常用的電極材料有多孔炭材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。聚苯胺在眾多的導(dǎo)電高分子聚合物中，聚苯胺具有原料易得，合成簡(jiǎn)便，成本較低，能快速進(jìn)行可逆氧化還原反應(yīng)，可儲(chǔ)存高密度電荷，耐高溫及抗氧化性能良好等優(yōu)點(diǎn)，其研究具有較高理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。聚苯胺的合成可分為電化學(xué)合成法和化學(xué)聚合法兩類。電化學(xué)方法制備的聚苯胺具有很高的比容量，甚至達(dá)到2200F/g(對(duì)于聚苯胺材料)，但是這一優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被電化學(xué)方法的產(chǎn)量小，電極表面聚合層薄等不利因素所抵消，無法大規(guī)模生產(chǎn)?；瘜W(xué)聚合法摻雜態(tài)聚苯胺的可加工性一直是各國(guó)學(xué)者追求的目標(biāo)，苯磺酸、樟腦磺酸等各種特殊官能團(tuán)的有機(jī)酸和鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸等無機(jī)酸，金屬離子以及準(zhǔn)質(zhì)子酸等(如硫酸二甲酯等)被廣泛的用于聚苯胺的摻雜劑。然而這些方法制備的油性聚苯胺在水中溶解度極低，粒徑較大，多數(shù)使用二甲苯、氯仿、間甲酚等有毒有機(jī)溶劑，不利于摻雜聚苯胺的工業(yè)化生產(chǎn)及大規(guī)模應(yīng)用，且這些摻雜的聚苯胺在水電解液(如硝酸鈉，稀硫酸等)的超級(jí)電容器中，雖有著較大的比電容，但是水溶液體系由于其自身的溫度范圍、工作電壓等因素的影響，難以得到廣泛的應(yīng)用。并且這些摻雜的聚苯胺在有機(jī)體系中，比電容卻較小，公開號(hào)為CN101599369A的中國(guó)專利，使用金屬離子摻雜聚苯胺電極材料在有機(jī)體系中雖然達(dá)到100F/g，但其循環(huán)伏安曲線對(duì)稱性較差，工作電壓一般超過O. 8V后，只出現(xiàn)狹長(zhǎng)的極化電流，對(duì)電容器的容量貢獻(xiàn)極小，在高電位區(qū)間的電化學(xué)活性小，比容較小，能量密度低。且其組裝成液態(tài)電容器，存在電解液泄漏污染環(huán)境安全等不利因素
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超級(jí)電容器在高電位區(qū)的電化學(xué)活性小、且現(xiàn)有的制備超級(jí)電容器的方法由于采用鋁箔或銅箔等集流體，其表面較光滑，從而導(dǎo)致活性物質(zhì)易脫落的問題，而提供一種超級(jí)電容器及其制備方法。本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極、設(shè)置在正極和負(fù)極之間的高分子電解質(zhì)隔膜，所述的正極材料為有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，負(fù)極材料為多孔炭材料、有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，所述的高分子電解質(zhì)隔膜是由電解質(zhì)高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質(zhì)中，再加入助劑而制成的。優(yōu)選的是，所述的有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺結(jié)構(gòu)如式I所示，
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極、設(shè)置在正極和負(fù)極之間的高分子電解質(zhì)隔膜，其特征在于，所述的正極材料為有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，負(fù)極材料為多孔炭材料、有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，所述的高分子電解質(zhì)隔膜是由電解質(zhì)高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質(zhì)中，再加入助劑而制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺結(jié)構(gòu)如式I所示，
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的高分子電解質(zhì)隔膜的制備方法為將聚偏氟乙烯溶于乙酸乙酯中，在50 80°C下反應(yīng)30 60min，恢復(fù)室溫，向反應(yīng)器中加入碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚，或者加入的碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚的混合物，再加入高氯酸鋰，攪拌溶解，涂膜干燥，即得到高分子電解質(zhì)隔膜，所述的聚偏氟乙烯質(zhì)量g、乙酸乙酯體積ml、碳酸丙烯酯體積ml、四乙二醇二甲醚質(zhì)量g和高氯酸鋰質(zhì)量g的比例為 3-8:100:10:1-2:1-5ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的多孔炭材料優(yōu)選為活性炭粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料中有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料的質(zhì)量比為(O. 64 3. 5) :(3· 5 6. 36)。
6.一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將聚偏氟乙烯溶于乙酸乙酯中，在50 80°C下反應(yīng)30 60min，恢復(fù)室溫，向反應(yīng)器中加入碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚，或者加入的碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚的混合物，再加入高氯酸鋰，攪拌溶解，涂膜干燥，即得到高分子電解質(zhì)隔膜，所述的聚偏氟乙烯質(zhì)量g、乙酸乙酯體積ml、碳酸丙烯酯體積ml、四乙二醇二甲醚質(zhì)量g和高氯酸鋰質(zhì)量g的比例為 3 8:100:10:1 2:1 5。
(2)將正極材料或負(fù)極材料與粘合劑調(diào)成漿料，將漿料涂敷于步驟(I)得到的高分子電解質(zhì)隔膜上，干燥，所述的正極材料為有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，負(fù)極材料為多孔炭材料、有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料。
(3)在步驟(2)干燥的高分子電解質(zhì)隔膜上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，用密封膠密封周邊，即得到超級(jí)電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)反應(yīng)溫度為70°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的多孔炭材料為活性炭粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料中有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料的質(zhì)量比為(O. 64 3. 5) : (3. 5 6. 36)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的步驟(2)中的粘合劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
全文摘要
一種超級(jí)電容器及其制備方法，屬于電容器領(lǐng)域。該超級(jí)電容器包括正極、負(fù)極、設(shè)置在正極和負(fù)極之間的高分子電解質(zhì)隔膜，所述的正極材料為有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，負(fù)極材料為多孔炭材料、有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機(jī)磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構(gòu)成的復(fù)合材料，所述的高分子電解質(zhì)隔膜是由電解質(zhì)高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質(zhì)中，再加入助劑而制成的。本發(fā)明還提供一種超級(jí)電容器的制備方法。本發(fā)明的超級(jí)電容器的質(zhì)量比電容量可達(dá)到113F/g，采用自制的高分子電解質(zhì)隔膜和新的制備工藝，有效地避免了電極材料脫落的損失，提升循環(huán)壽命。
文檔編號(hào)H01G9/02GK102842436SQ20121036652
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者趙強(qiáng), 李冬威, 張紅明, 李季, 王獻(xiàn)紅, 王佛松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所