一種基于富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料的超級電容器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種超級電容器，具體說來涉及一種超級電容器材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 超級電容器也叫電化學電容器，是一種介于二次電池和常規電容器之間的儲能器 件。它兼有功率密度大和能量密度大的優點，同時具有充放電效率高、工作溫度范圍寬等特 點，因此被廣泛應用于通訊系統、數據存儲系統、計算機、新能源汽車等方面。
[0003] 按照儲能機制，超級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 級電容器中，電極材料是關鍵，它決定了整個器件的性能指標。常用的電極材料有金屬氧化 物、導電聚合物和多孔碳材料。在導電聚合物中，聚苯胺具有原料易得、合成方便、理論電容 值高、循環壽命長、能夠快速進行氧化還原反應的特點，同時，富勒烯納米纖維具有可循環 使用、綠色無毒、化學穩定性高、使用溫度范圍寬等優點，可以用來與聚苯胺復合增強其穩 定性，提尚電容器的性能。因此，其研究具有巨大的意義。
【發明內容】
[0004] 本發明利用富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料作為電極材料制作超級電容器，旨 在提高現有超級電容器比電容低、循環穩定性差的缺點。
[0005] 本發明所述以富勒稀納米纖維/聚苯胺復合材料作為電極材料制作超級電容器包 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)采用化學氧化法制備本征態聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB) 并將其溶于良溶劑中得到聚苯胺的飽和溶液;此處所述的本征態聚苯胺的結構如式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/聚苯胺復合材料中富勒烯納米纖維和聚苯胺的 質量比為（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，靜置培養得 到富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料；
[0012] 4)將富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料、炭黑和粘合劑以（10~90): (80~5): (10 ~5)質量比混勻后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，轉移到洗凈的不銹鋼網上，在一 定溫度和壓力的條件下放置一段時間得到超級電容器電極；
[0013] 5)將兩個超級電容器電極中間放置聚丙烯電解質隔膜，在隔膜和電極之間加入硫 酸和PVA的凝膠電解質并在導電隔膜上涂上導電膠，引出導線并用密封膠密封，得到超級電 容器。
[0014] 步驟4)中所述的反應溫度為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)中所述的電解質為硫酸/聚乙烯醇的酸性凝膠電解質。
【附圖說明】
[0017] 圖I C6Q富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料的掃描電子顯微鏡照片；
[0018] 圖2本發明實施例1制備的超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線。
【具體實施方式】
[0019] 本發明用下列實施例來進一步說明本發明的技術特征，但本發明的保護范圍并非 局限于下列實施例。
[0020] 實施例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，放入恒溫培養箱中4°C恒溫里培養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，研磨均勻后轉移到干凈的不銹鋼網上得到 超級電容器的電極；
[0026] 6.將兩個超級電容器電極中間放置聚丙烯電解質隔膜，在隔膜和電極之間加入硫 酸/聚乙烯醇的凝膠，并在導電隔膜上涂上導電膠，引出導線并用密封膠密封，得到超級電 容器。
[0027] 實施例2:
[0028]本實施例與實施例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])或高碳數富勒烯（如(：82、 C84、ClOO、CllO......C540 )組成。
[0029] 實施例3:
[0030]本實施例與實施例1相同，不同之處在于制作電極的時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] 實施例4:
[0032] 本實施例與實施例1相同，不同之處在于制作電極的時候用的集流體為泡沫鎳。
【主權項】
1. 一種超級電容器的制備方法，具體是按照以下步驟制備的： 1) 將富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料、炭黑和粘合劑以（10~90): (80~5): (10~5) 質量比混勻后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，轉移到洗凈的不銹鋼網上，在反應溫 度35-100°C，壓力為l_20MPa的條件下放置一段時間得到超級電容器電極； 2) 將兩個超級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，并在導電隔膜上涂上導電膠，引出導線并用密封膠密封，得到超級電容器。2. 根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于所述的聚苯胺為化學氧化法制備的 本征態聚苯胺(polyaniline emeraldine base,PANI-EB)，其結構如式I所示，式I中，η為1~500。3. 根據權利要求1所述的超級電容器，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. 根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于所述富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材 料中富勒烯納米纖維和聚苯胺的質量比為(30~42) :50。5. 根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于所述富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材 料具有特殊的具有波紋狀的形貌，如圖1所示。6. 根據權利要求1所述的超級電容器，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. 根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于所述的步驟2)中的酸性凝膠電解質 為硫酸和PVA的凝膠電解質。
【專利摘要】一種超級電容器電極材料及超級電容器的制備方法，屬于超級電容器領域。該超級電容器包括正負極、設置在正負極之間的聚合物電解質薄膜、固體電解質，所述的正負極材料是富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料，所述的聚合物薄膜是聚丙烯薄膜，所述的固體電解質是硫酸分散在聚乙烯醇中得到的。本發明還提供了一種超級電容器的制造方法。本發明得到了一種具有高的質量比電容的電容器，其質量比電容可以達到527F/g。
【IPC分類】H01G11/48, H01G11/84, H01G11/30
【公開號】CN105679553
【申請號】CN201610257603
【發明人】樸光哲, 王海濱
【申請人】青島科技大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月22日