[发明专利]高电容量聚苯胺和氧化镍复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电容器材料技术领域。

背景技术

导电聚苯胺利用自身的氧化还原反应产生的赝电容要比双电层电容量大的多，它相对于碳基超级电容材料在比能量方面有很大优势，它具有相对快速充放电性能，快速掺杂和脱掺杂能力，可塑性强。在经济社会快速发展的时代，电化学超级电容器作为一种轻便、灵活、有前景的现代能源储能装置，吸引了人们的广泛关注。聚苯胺是最实用的一种导电高聚物。由于它具有合成简单、优良的环境稳定性、高导电率和高比电容的特点，所以聚苯胺在超级电容器的电极材料中得到广泛应用，具有很大的应用前景，但将聚苯胺单独作为电容器材料，电极的比电容不高，比如公开号为：CN101599369的专利中制备了掺杂态的聚苯胺电极材料，在有机电解液中的比电容仅仅为100 F/g。

所以近年来，无机/有机纳米复合材料的出现，引起了人们极大的关注。无机/有机纳米复合材料具有这两种材料的优点，聚合物由于易于合成和质量轻的特点，当与无机物特有的纳米特性相结合，使得它们的性质得到增强，聚苯胺与金属氧化物材料的复合可以很好的改善氧化物用作电容器电极材料的性能。公开号为：CN101570349的专利，公开了一种氧化镍电容器材料的制备新方法，虽然制备方法简单，对环境无污染，但本方法得到的电容器比电容较低，只有200 F/g。公开号为：CN1098397的专利，虽然制备的电容器材料具有高的比电容，但是发明中所用到的原材料昂贵，无法实现批量生产。

发明内容

本发明目的在于提出一种方法简便、价格低廉、条件易于控制合成的高电容量聚苯胺和氧化镍复合电极材料的制备方法。

本发明技术步骤是：

1）制备溶致液晶：在阴阳离子混合表面活性剂（脂肪类季铵盐、碳12至碳16磺酸盐）与C6～C8脂肪醇混合，加入去离子水、硫酸、苯胺和硫酸镍，振荡混合，静置48±0.5小时，形成的溶致液晶。

2）电沉积制备聚苯胺/氧化镍复合电极材料：以镍片为电极，在0.75～0.90V电位下进行电沉积，形成复合聚苯胺/氧化镍材料后，将复合材料在高纯氧气中氧化，可获得高电容量聚苯胺/氧化镍复合电极材料。

本发明利用阴阳离子表面活性剂（脂肪类季铵盐、碳12至碳16磺酸盐）与碳6至碳8脂肪醇形成的溶致液晶为软模板，将硫酸掺杂的苯胺与一定浓度的硫酸镍溶液分别溶于液晶中的亲水层与亲油层，然后在电极上施加计时电势，电沉积出具有一定结构形貌的聚苯胺/金属镍复合材料。将所得的复合材料在高纯氧气中氧化，得到了复合电极材料。

本发明所用方法、装置简单，高比电容量的电极材料纯度高、形貌相态均一。具有很好的循环伏安性能，其比电容量可以高达1520 F/g，充放电循环使用寿命可达1350次以上，制成的材料在电容器、储能等方面有很大的应用潜力。

各物质量质量比：阴阳离子混合表面活性剂、脂肪醇、硫酸、苯胺、硫酸镍、去离子水这6种原料分别占总料的51.9%～52.8%、34.6%～35.2%、1.1%～1.9%、0.6%～1.2%、0.3%0～0.7%、8.3%～11.0%。在该投料比下，具有很好的循环伏安性能，其比电容量可以高达1520 F/g，充放电循环使用寿命可达1350次以上。

其中，优选地：阴阳离子混合表面活性剂由质量比为1︰1～1.2的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂混合组成。

阴阳离子混合表面活性剂由脂肪类季铵盐和碳12至碳16磺酸盐混合组成。

附图说明

图1为实施例一制成的复合材料的扫描电镜图。

图2为实施例二制成的复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

一、制备工艺：

按照一定物质的质量比，将阴阳离子表面活性剂与C6～C8醇混合形成的溶致液晶后，将硫酸掺杂的苯胺与一定浓度的硫酸镍溶液分别溶于溶致液晶中。镍片为电极，施加0.75～0.90V电位，电沉积具有一定结构形貌的聚苯胺与金属镍复合材料。将所得的复合材料在高纯氧气中氧化，得到了复合电极材料。

采用以下五种不同的配比方案可同样得到效果相同的电极材料。

方案1：十二烷基三甲基硫化铵和十二烷基磺酸钠（投料质量比为1：1）合计51.9%、正已醇34.6%、硫酸1.1%、苯胺0.62%、硫酸镍0.6%、去离子水11.18%。形成的电容量为1335F/g。

制成的复合材料的扫描电镜图见图1所示。