一種基于富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料的超級(jí)電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器，具體說來涉及一種超級(jí)電容器材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級(jí)電容器也叫電化學(xué)電容器，是一種介于二次電池和常規(guī)電容器之間的儲(chǔ)能器 件。它兼有功率密度大和能量密度大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有充放電效率高、工作溫度范圍寬等特 點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、新能源汽車等方面。
[0003] 按照儲(chǔ)能機(jī)制，超級(jí)電容器可以分為法拉第型電容器和雙電層電容器兩種，在超 級(jí)電容器中，電極材料是關(guān)鍵，它決定了整個(gè)器件的性能指標(biāo)。常用的電極材料有金屬氧化 物、導(dǎo)電聚合物和多孔碳材料。在導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺具有原料易得、合成方便、理論電容 值高、循環(huán)壽命長、能夠快速進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)，同時(shí)，富勒烯納米纖維具有可循環(huán) 使用、綠色無毒、化學(xué)穩(wěn)定性高、使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，可以用來與聚苯胺復(fù)合增強(qiáng)其穩(wěn) 定性，提尚電容器的性能。因此，其研究具有巨大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明利用富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料作為電極材料制作超級(jí)電容器，旨 在提高現(xiàn)有超級(jí)電容器比電容低、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所述以富勒稀納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料作為電極材料制作超級(jí)電容器包 括如下步驟：
[0006] 1)采用液-液界面析出法制備富勒烯納米纖維的懸浮液，此處所述富勒烯為C60、 C70、C6Q/C7Q混合物及其衍生物。
[0007] 2)采用化學(xué)氧化法制備本征態(tài)聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB) 并將其溶于良溶劑中得到聚苯胺的飽和溶液;此處所述的本征態(tài)聚苯胺的結(jié)構(gòu)如式I所示。
[0008]
[0009] 式I 中，η為1 ~500。
[0010] 步驟2)中所述的富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料中富勒烯納米纖維和聚苯胺的 質(zhì)量比為（30~42) :50。
[0011] 3)將上述步驟1)制備的懸浮液加入上述步驟2)制備的聚苯胺溶液中，靜置培養(yǎng)得 到富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料；
[0012] 4)將富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料、炭黑和粘合劑以（10~90): (80~5): (10 ~5)質(zhì)量比混勻后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，轉(zhuǎn)移到洗凈的不銹鋼網(wǎng)上，在一 定溫度和壓力的條件下放置一段時(shí)間得到超級(jí)電容器電極；
[0013] 5)將兩個(gè)超級(jí)電容器電極中間放置聚丙烯電解質(zhì)隔膜，在隔膜和電極之間加入硫 酸和PVA的凝膠電解質(zhì)并在導(dǎo)電隔膜上涂上導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線并用密封膠密封，得到超級(jí)電 容器。
[0014] 步驟4)中所述的反應(yīng)溫度為35-100°C，壓力為l-20MPa。
[0015] 步驟4)中所述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。
[0016] 步驟5)中所述的電解質(zhì)為硫酸/聚乙烯醇的酸性凝膠電解質(zhì)。
【附圖說明】
[0017] 圖I C6Q富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡照片；
[0018] 圖2本發(fā)明實(shí)施例1制備的超級(jí)電容器在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并非 局限于下列實(shí)施例。
[0020] 實(shí)施例1:
[0021] 1.稱取42mg富勒烯C6q粉末，研磨后溶解于15mL甲苯中，冰浴條件下超聲IOmin;過 濾上述溶液后向其中加入15ml異丙醇，放入恒溫培養(yǎng)箱中4°C恒溫里培養(yǎng)24h，制備C 6q富勒 烯納米纖維懸浮液，其長度約為10-20μπι;
[0022] 2 ·量取3 · 64ml苯胺(An)加入到的200mL濃度為lmol/L的HCl中混合攪拌;再向上述 溶液中加入2.3g過硫酸銨(APS )，攪拌Imin后，放入冰箱控溫為-12 °C條件下冷藏12h，抽濾 后加入45mL濃度為1.74mol/L氨水浸泡30min，干燥得本征態(tài)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 聲5min，過濾得PANI-EB/NMP溶液，取PANI-EB/NMP溶液加入到步驟1)制備的C 6q富勒烯納米 纖維懸浮液中，冰浴條件下超聲30min，放入冰箱中4°C冷藏48h得到C6q富勒烯納米纖維/聚 苯胺復(fù)合材料的懸濁液；
[0024] 4.取上述含有C6q富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料的懸濁液20mL加入IOOmL乙醇 后過濾。后取出沉淀得到具有特殊波紋狀形貌的C6q富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料，其 SEM照片如圖1所示；
[0025] 5.取上述C6Q富勒稀納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料7.5mg置于研缽中，加入1.5mg炭黑 和Img聚偏氟乙烯。后加入20yLN-甲基吡咯烷酮，研磨均勻后轉(zhuǎn)移到干凈的不銹鋼網(wǎng)上得到 超級(jí)電容器的電極；
[0026] 6.將兩個(gè)超級(jí)電容器電極中間放置聚丙烯電解質(zhì)隔膜，在隔膜和電極之間加入硫 酸/聚乙烯醇的凝膠，并在導(dǎo)電隔膜上涂上導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線并用密封膠密封，得到超級(jí)電 容器。
[0027] 實(shí)施例2:
[0028]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于所使用的富勒烯納米纖維是由C7Q(C70純 度為98-99.9%)工6〇/^7()混合物或其衍生物（如(：6()[(：(00(： 2!15)2])或高碳數(shù)富勒烯（如(：82、 C84、ClOO、CllO......C540 )組成。
[0029] 實(shí)施例3:
[0030]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于制作電極的時(shí)候用的粘合劑為聚偏氟乙 烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
[0031] 實(shí)施例4:
[0032] 本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于制作電極的時(shí)候用的集流體為泡沫鎳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超級(jí)電容器的制備方法，具體是按照以下步驟制備的： 1) 將富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料、炭黑和粘合劑以（10~90): (80~5): (10~5) 質(zhì)量比混勻后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，轉(zhuǎn)移到洗凈的不銹鋼網(wǎng)上，在反應(yīng)溫 度35-100°C，壓力為l_20MPa的條件下放置一段時(shí)間得到超級(jí)電容器電極； 2) 將兩個(gè)超級(jí)電容器電極中間放置聚丙烯隔膜，在隔膜和電極之間加入酸性凝膠電解 質(zhì)，并在導(dǎo)電隔膜上涂上導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線并用密封膠密封，得到超級(jí)電容器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述的聚苯胺為化學(xué)氧化法制備的 本征態(tài)聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB)，其結(jié)構(gòu)如式I所示，式I中，η為1~500。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述富勒烯為C6Q、C7Q、C6()和C 7Q混合物 及其衍生物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材 料中富勒烯納米纖維和聚苯胺的質(zhì)量比為(30~42) :50。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材 料具有特殊的具有波紋狀的形貌，如圖1所示。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述的步驟1)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。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于所述的步驟2)中的酸性凝膠電解質(zhì) 為硫酸和PVA的凝膠電解質(zhì)。
【專利摘要】一種超級(jí)電容器電極材料及超級(jí)電容器的制備方法，屬于超級(jí)電容器領(lǐng)域。該超級(jí)電容器包括正負(fù)極、設(shè)置在正負(fù)極之間的聚合物電解質(zhì)薄膜、固體電解質(zhì)，所述的正負(fù)極材料是富勒烯納米纖維/聚苯胺復(fù)合材料，所述的聚合物薄膜是聚丙烯薄膜，所述的固體電解質(zhì)是硫酸分散在聚乙烯醇中得到的。本發(fā)明還提供了一種超級(jí)電容器的制造方法。本發(fā)明得到了一種具有高的質(zhì)量比電容的電容器，其質(zhì)量比電容可以達(dá)到527F/g。
【IPC分類】H01G11/48, H01G11/84, H01G11/30
【公開號(hào)】CN105679553
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610257603
【發(fā)明人】樸光哲, 王海濱
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日