[发明专利]一种超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的绿色储能器件，具有功率密度高、充放电速度快和工作温度范围宽等优点，在电动汽车、移动通讯和航空国防等领域有着远大的应用前景。

超级电容器的性能主要取决于超级电容器电极材料。目前，常用的超级电容器电极材料主要有碳基材料、金属氧化物或水合物和导电聚合物。其中，碳基材料具有高达10万次的循环寿命，比表面积为1000m²g^-1～3000m²g^-1，空隙率较高，成本较低，但是其比表面积的有效使用率仅为30％，导致其比电容较小，在150F·g^-1以下(Carbon，2005，43，1293)，严重阻碍了碳基材料商业化的发展；金属氧化物或水合物具有较高的比电容，如无水氧化钌的比电容为385F·g^-1(Nature Mater.2006，5，713)，氧化钌水合物的比电容为920F·g^-1(J.Electrochem Soc，2006，153，A2049)，但是该类电极材料的循环寿命小于1万次，循环稳定性不理想，并且其高昂的成本限制了其在商业中的广泛应用；相比碳基材料和金属氧化物或水合物，导电聚合物具有电导率高、合成简单和价格低廉等优点，但是其在放电时伴随有脱掺杂，掺杂对离子会从聚合物网络内脱出而进入电解液，导致聚合物的体积收缩，比容量降低，进而会影响导电聚合物的循环寿命，因此，提高导电聚合物电极材料的综合性能的研究备受关注。在导电聚合物电极材料中，导电聚苯胺因具有良好的稳定性、导电性、快速掺杂/脱掺杂的特性和原料廉价易得等优点，已成为了一种重要的超级电容器电极材料。

现有技术公开了多种导电聚苯胺电极材料及其制备方法，如synth met中采用电化学方法制备得到了100nm的聚苯胺纤维，其作为电极材料在经过1000次循环后，比电容下降了3％(synth met，2006，156，224)；而Solid State中采用电化学方法制备得到了30nm～60nm的聚苯胺纳米纤维，其作为电极材料在经过1500次循环后，比电容下降了10％(Solid State，2005，8，A630)。上述两种电极材料为纳米纤维状结构，具有良好的空隙结构和较高的比表面积，利于浸入电解液，便于充放电过程中离子的嵌入和脱出，虽然能使比电容和循环性能有所改善，但是其循环寿命仍不理想，需要进一步提高，而且上述电化学方法与化学方法相比，不适于大规模工业化生产，实用性不足。

授权公告号为CN100480443C的中国专利文献公开了一种超级电容器电极材料聚苯胺纳米纤维的制备方法，该制备方法将苯胺溶于有机溶剂中，配成苯胺浓度为0.05mol/L～0.3mol/L的溶液A，将氧化剂过硫酸铵溶于0.5mol/L～2mol/L的无极质子酸溶液中配成溶液B，其中，溶液B中氧化剂浓度与溶液A中苯胺浓度之比为0.2～1.0，然后将溶液A和溶液B依次移入反应器内，两种溶液形成油/水两相界面，并发生聚合反应，室温下反应5h～30h后，收集产物，用水、乙醇和丙酮洗涤产物至洗涤液为无色，最后将洗涤后的产物在40℃～80℃下真空干燥12h～48h，即得聚苯胺纳米纤维，其作为超级电容器电极材料在充放电循环500次后，比容量衰减在5％以内。该方法为化学方法，虽然制备得到超级电容器电极材料聚苯胺纳米纤维，但是所得电极材料的循环寿命同样有待进一步提高。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种超级电容器电极材料及其制备方法，本发明提供的超级电容器电极材料具有较好的循环寿命，利于应用。

本发明提供了一种超级电容器电极材料，包括：

由插层剂修饰的层状物质，所述层状物质为纳米蒙脱土或云母；

穿插于所述层状物质的层状结构中的导电聚苯胺。

优选的，所述插层剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基甲基二甲基氯化铵。

优选的，所述插层剂与所述层状物质的质量比为(4～12)∶(10～15)；

所述层状物质与所述导电聚苯胺中苯胺单体的质量比为(10～15)∶(30～32)。

优选的，所述导电聚苯胺为由掺杂酸掺杂的聚苯胺，所述掺杂酸为含有乙氧基的磷酸酯或磺酸酯。

优选的，所述掺杂酸的体积与所述聚苯胺中苯胺单体的质量之比为(30～35)mL∶(30～32)g。