一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法；采用以2?氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料作為正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑為乙炔黑；將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑在研缽中充分研磨，以N?甲基吡咯烷酮作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，真空干燥；將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成電極片；其中正極活性物質(zhì)80％～90％，導(dǎo)電劑10％～20％。合成的聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)179F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)材料的最大電流密度和比容量。
【專利說明】
一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及將一種一維聚苯胺材料用作混合型超級電容器的正極材料，具體地說是將以2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料，來改善其大電流密度下的倍率性能。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著便攜式電子設(shè)備和電動車的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的能量存儲設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。因此，生產(chǎn)出具有優(yōu)異電化學(xué)性能的新型存儲設(shè)備越來越受到人們的關(guān)注?；旌闲统夒娙萜?，是一種介于超級電容器和電池之間的新型儲能原件，它克服了傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)電容器的缺陷，作為能源儲存裝置展現(xiàn)出了十分廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]在制備混合型超級電容器的過程中，尋找一種合適的電極材料對提高混合型電容器的電性能起著非常重要的作用。在大量的研究中，具有高比表面積和微中孔結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，如三維石墨烯，多孔碳球，活化聚苯胺衍生碳，分層氮摻雜碳等材料一直被用作正極材料，來提高儲能原件的電化學(xué)性能。2001年，Amatucci等首先制造混合型超級電容器通過使用活性炭(AC)作為正極材料，納米結(jié)構(gòu)鈦酸鋰作負(fù)極材料，其能量密度比常規(guī)超級電容器高出近三倍(Amatucci G G,Badway F,Du Pasquier A,et al.An asymmetric hybridnonaqueous energy storage celI[J].Journal of the Electrochemical Society,2001，148(8):A930-A939)。然而，由于物理能量儲存機理和多微孔結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致碳質(zhì)材料作為正極材料不利于高電流密度下的電容反應(yīng)。因此，仍迫切需要開發(fā)出新種類的大電流密度下具有高倍率性能的混合型超級電容器正極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]聚苯胺是一種重要的導(dǎo)電聚合物材料，廣泛地應(yīng)用于電池和電容器的電極材料中，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。但將其應(yīng)用于混合型超級電容器的正極材料并不多見，且目前所應(yīng)用的碳質(zhì)正極材料在大電流下的倍率性能一般較差。因此，為了改善混合型超級電容器大電流下的倍率性能，本發(fā)明首次采用以2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料，并且本發(fā)明中的正極活性材料具有很好的粘結(jié)性，在電極片的制作過程中無需加入粘結(jié)劑，組裝的混合型超級電容器在大電流下具有很好的倍率性能。普通聚苯胺的比容量為106F/g，而合成的一維聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)179F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)正極材料的最大電流密度和比容量。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]—維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法;其特征是采用以2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料作為正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑為乙炔黑；將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑在研缽中充分研磨，以N-甲基吡咯烷酮作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，真空干燥;將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成電極片；其中正極活性物質(zhì)80 %?90 %，導(dǎo)電劑1 %?20 %。
[0007]電池的組裝:將正極、負(fù)極、隔膜、電解液、電池殼在充滿氬氣的手套箱內(nèi)進(jìn)行半電池的組裝。裝配時，參比對電極為金屬鋰片，隔膜為Celgrad3500，電解液為高氯酸鋰的碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯(體積比為1:1)溶液。將負(fù)極殼、彈片、墊片、負(fù)極鋰片、隔膜、正極電極片、正極殼依次裝配得到電池，并將組裝好的電容器進(jìn)行電化學(xué)性能測試。
[0008]所述以2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料，采用市售產(chǎn)品，或也可以詳見專利申請?zhí)朇N2016103742426的制備方法。
[0009]所述真空干燥溫度為50°C?100°C，干燥時間為10?24小時；
[0010]電容器進(jìn)行電化學(xué)性能測試的電流密度為20mA?5000mA，充放電循環(huán)圈數(shù)為I?100 圈。
[0011]本發(fā)明將以2-氨基對苯二甲酸(ATA)單體為模板制備出的一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料，從而大大改善了混合型電容器大電流密度下的倍率性能。將事先制備的一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型電容器的正極材料，乙炔黑為導(dǎo)電劑。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，在研缽中充分研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，真空干燥后，沖壓成直徑為I厘米電極片。再將負(fù)極殼、彈片、墊片、負(fù)極鋰片、隔膜、正極電極片、正極殼依次裝配成半電池后進(jìn)行電化學(xué)性能測試，從而得到大電流密度下具有很好倍率性能的混合型超級電容器。普通聚苯胺的比容量為106F/g，合成的聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)179F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)材料的最大電流密度和比容量。
【附圖說明】
[0012]圖1為將一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料，所裝配的電容器在不同電流密度下的比容量。
[0013]圖2為將一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料，所裝配的電容器在充放電循環(huán)100圈的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性曲線。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的優(yōu)點、技術(shù)方案及目的更加明白，下面結(jié)合實例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。下面給出本發(fā)明的實施例，是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0015]正極活性物質(zhì)采用2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的市售產(chǎn)品一維聚苯胺納米棒狀材料;或也可以詳見專利申請?zhí)朇N2016103742426的制備方法。
[0016]實施例1
[0017]將制備的一維聚苯胺納米棒狀材料，導(dǎo)電劑為乙炔黑。各原料的質(zhì)量百分比分別為:正極活性物質(zhì)80%，導(dǎo)電劑20%。將活性物質(zhì)和乙炔黑在研缽中充分研磨，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，50 0C下真空干燥24h ο將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成直徑為I厘米電極片，稱量電極片上活性物質(zhì)后，將混合電容器裝配后在電流密度為20mA?5000mA下測試其比容量，并對其充放電循環(huán)I?100圈后測試其比容量，得到的聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)170F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)材料的最大電流密度和比容量。
[0018]實施例2
[0019]將制備的一維聚苯胺納米棒狀材料，導(dǎo)電劑為乙炔黑。各原料的質(zhì)量百分比分別為:正極活性物質(zhì)85%，導(dǎo)電劑15%。將活性物質(zhì)和乙炔黑在研缽中充分研磨，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，80 0C下真空干燥15h ο將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成直徑為I厘米電極片，稱量電極片上活性物質(zhì)后，將混合電容器裝配后在電流密度為20mA?5000mA下測試其比容量，并對其充放電循環(huán)I?100圈后測試其比容量，得到的聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)179F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)材料的最大電流密度和比容量。
[0020]實施例3
[0021]將制備的一維聚苯胺納米棒狀材料，導(dǎo)電劑為乙炔黑。各原料的質(zhì)量百分比分別為:正極活性物質(zhì)90%，導(dǎo)電劑10%。將活性物質(zhì)和乙炔黑在研缽中充分研磨，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，100 °C下真空干燥12h。將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成直徑為I厘米電極片，稱量電極片上活性物質(zhì)后，將混合電容器裝配后在電流密度為20mA?5000mA下測試其比容量，并對其充放電循環(huán)I?100圈后測試其比容量，得到的聚苯胺棒狀材料的比容量在掃描速率為0.5mV/S時最高可達(dá)160F/g，且在電流密度為50A/g仍可進(jìn)行充放電，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于許多碳質(zhì)材料的最大電流密度和比容量。
[0022]本發(fā)明公開和提出的一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法;改善電容器大電流下的倍率性能，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變原料和工藝路線等環(huán)節(jié)實現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法和制備技術(shù)已通過較佳實施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和技術(shù)路線進(jìn)行改動或重新組合，來實現(xiàn)最終的制備技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
【主權(quán)項】
1.一維聚苯胺納米棒狀材料用作混合型超級電容器的正極材料的制備方法;其特征是采用以2-氨基對苯二甲酸單體為模板制備的一維聚苯胺納米棒狀材料作為正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑為乙炔黑;將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑在研缽中充分研磨，以N-甲基吡咯烷酮作為溶劑，研磨至流動膠狀，涂在不銹鋼箔上，真空干燥;將干燥后的不銹鋼箔，沖壓成電極片。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是正極活性物質(zhì)80%?90 %，導(dǎo)電劑10 %?20 %。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是真空干燥溫度為50°C?100°C，干燥時間為10?24小時。
【文檔編號】H01G11/86GK106024417SQ201610548725
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】馮奕鈺, 曹宇, 封偉, 李瑀, 高毅
【申請人】天津大學(xué)