專利名稱：一種超級電容器及其制備方法
技術領域：
本發明涉及電容器領域，具體涉及一種超級電容器及其制備方法。
背景技術：
超級電容器(Supercapacitors),也叫電化學電容器(ElectrochemicalCapacit0rS，ECS)，是一種性能介于常規電容器和二次電池之間的新型儲能元件。它兼有常規電容器功率密度大和二次電池能量密度高的優點，具有充放電效率高、安全等獨特性能，可作為大功率脈沖電源，在數據記憶存儲系統、便攜式儀器儀表、備用電源、通訊設備、計算機、電焊機、充磁機、閃光燈、電動車混合電源等領域都有廣闊應用前景。一般電化學超級電容器包括密封膠、電解液、隔膜、正/負電極，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/負電極，干燥后再將正、負電極疊合在一起，中間放入隔膜，浸入殼體內的電解液中，然后用抽真空或靜置的方法除去電解質內的氣泡，最后用密封膠密封周邊，便得到電化學超級電容器。由于鋁箔、銅箔等集流體表面較光滑，長時間浸泡及充放電時材料的膨脹收縮等原因導致活性物質的部分脫落，從而比容量降低，影響其循環壽命。超級電容器按儲能機制可分為雙電層電容器、法拉第準電容器兩種類型。在超級電容器中，電極材料是關鍵，它決定著電容器的主要性能指標。常用的電極材料有多孔炭材料、金屬氧化物和導電聚合物。聚苯胺在眾多的導電高分子聚合物中，聚苯胺具有原料易得，合成簡便，成本較低，能快速進行可逆氧化還原反應，可儲存高密度電荷，耐高溫及抗氧化性能良好等優點，其研究具有較高理論價值和現實意義。聚苯胺的合成可分為電化學合成法和化學聚合法兩類。電化學方法制備的聚苯胺具有很高的比容量，甚至達到2200F/g(對于聚苯胺材料)，但是這一優勢已經被電化學方法的產量小，電極表面聚合層薄等不利因素所抵消，無法大規模生產。化學聚合法摻雜態聚苯胺的可加工性一直是各國學者追求的目標，苯磺酸、樟腦磺酸等各種特殊官能團的有機酸和鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸等無機酸，金屬離子以及準質子酸等(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，多數使用二甲苯、氯仿、間甲酚等有毒有機溶劑，不利于摻雜聚苯胺的工業化生產及大規模應用，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，難以得到廣泛的應用。并且這些摻雜的聚苯胺在有機體系中，比電容卻較小，公開號為CN101599369A的中國專利，使用金屬離子摻雜聚苯胺電極材料在有機體系中雖然達到100F/g，但其循環伏安曲線對稱性較差，工作電壓一般超過O. 8V后，只出現狹長的極化電流，對電容器的容量貢獻極小，在高電位區間的電化學活性小，比容較小，能量密度低。且其組裝成液態電容器，存在電解液泄漏污染環境安全等不利因素
發明內容
本發明的目的是為了解決現有的超級電容器在高電位區的電化學活性小、且現有的制備超級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，從而導致活性物質易脫落的問題，而提供一種超級電容器及其制備方法。本發明提供一種超級電容器，包括正極、負極、設置在正極和負極之間的高分子電解質隔膜，所述的正極材料為有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，負極材料為多孔炭材料、有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，所述的高分子電解質隔膜是由電解質高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質中，再加入助劑而制成的。優選的是，所述的有機磷酸酯摻雜的聚苯胺結構如式I所示，
權利要求
1.一種超級電容器，包括正極、負極、設置在正極和負極之間的高分子電解質隔膜，其特征在于，所述的正極材料為有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，負極材料為多孔炭材料、有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，所述的高分子電解質隔膜是由電解質高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質中，再加入助劑而制成的。
2.根據權利要求I所述的超級電容器，其特征在于，所述的有機磷酸酯摻雜的聚苯胺結構如式I所示，
3.根據權利要求I所述的超級電容器，其特征在于，所述的高分子電解質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30 60min，恢復室溫，向反應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隔膜，所述的聚偏氟乙烯質量g、乙酸乙酯體積ml、碳酸丙烯酯體積ml、四乙二醇二甲醚質量g和高氯酸鋰質量g的比例為 3-8:100:10:1-2:1-5ο
4.根據權利要求I所述的超級電容器，其特征在于，所述的多孔炭材料優選為活性炭粉末。
5.根據權利要求I所述的超級電容器，其特征在于，所述的有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料中有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料的質量比為(O. 64 3. 5) :(3· 5 6. 36)。
6.一種超級電容器的制備方法，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30 60min，恢復室溫，向反應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隔膜，所述的聚偏氟乙烯質量g、乙酸乙酯體積ml、碳酸丙烯酯體積ml、四乙二醇二甲醚質量g和高氯酸鋰質量g的比例為 3 8:100:10:1 2:1 5。
(2)將正極材料或負極材料與粘合劑調成漿料，將漿料涂敷于步驟(I)得到的高分子電解質隔膜上，干燥，所述的正極材料為有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，負極材料為多孔炭材料、有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料。
(3)在步驟(2)干燥的高分子電解質隔膜上涂敷導電膠，引出導線，用密封膠密封周邊，即得到超級電容器。
7.根據權利要求6所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)反應溫度為70°C。
8.根據權利要求6所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于，所述的多孔炭材料為活性炭粉末。
9.根據權利要求6所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于，所述的有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料中有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料的質量比為(O. 64 3. 5) : (3. 5 6. 36)。
10.根據權利要求6所述的一種超級電容器的制備方法，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
一種超級電容器及其制備方法，屬于電容器領域。該超級電容器包括正極、負極、設置在正極和負極之間的高分子電解質隔膜，所述的正極材料為有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，負極材料為多孔炭材料、有機磷酸酯摻雜的聚苯胺或有機磷酸酯摻雜的聚苯胺和多孔炭材料構成的復合材料，所述的高分子電解質隔膜是由電解質高氯酸鋰分散于聚偏氟乙烯基質中，再加入助劑而制成的。本發明還提供一種超級電容器的制備方法。本發明的超級電容器的質量比電容量可達到113F/g，采用自制的高分子電解質隔膜和新的制備工藝，有效地避免了電極材料脫落的損失，提升循環壽命。
文檔編號H01G9/02GK102842436SQ20121036652
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者趙強, 李冬威, 張紅明, 李季, 王獻紅, 王佛松 申請人:中國科學院長春應用化學研究所