[发明专利]一种对称性钮扣型超级电容器电极材料及对称性钮扣型超级电容器

说明书

本发明公开了一种对称性钮扣型超级电容器电极材料及对称性钮扣超级电容器，该电极材料包含表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球活性物质，其具有比容量大、能量密度高、电化学活性高等特点，可以用于制备对称性钮扣型超级电容器的电极片材料，获得比容量大、交流阻抗小和电压维持能力好的高性能对称性钮扣型超级电容器。

技术领域

本发明涉及一种以表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球为活性物质的对称性钮扣型超级电容器电极材料，以及用这种电极材料制成的对称性钮扣型超级电容器，属于化学电容器领域。

背景技术

能源危机和环境保护逐渐成为21世纪的两大难题。为缓解日益严峻的能源危机和由此产生的一系列环境问题，世界各国都在积极开展新能源产业。风能、太阳能以及潮汐能等可再生能源受到很大关注。但是这些能源往往受到外部条件(例如气象、气候、地域)的影响而呈现不稳定性和不连续性。要解决这一问题就需要发展相关配套的高效储能装置来实现能量的高效储存与释放。因此，开发高效电能储存装置是解决目前能源危机和环境保护进程中面临的一大挑战。

超级电容器(又称为电化学超级电容器)是一种介于电池和传统电容器的新型储能装置。与电池和传统电容器相比，它不仅具有高功率密度、充放循环寿命长、循环效率高、充电时间短、可靠性高等优点，还表现出对环境友好特点，在备用电源、太阳能电源、新能源汽车、信息技术、日常电子产品、航空航天以及国防科技等领域表现出广泛的应用前景。

对于超级电容器而言，电极材料的技术突破是驱动超级电容器行业发展的关键因素。目前碳材料普遍应用于超级电容器电极材料，但是在碳材料本身比容量较低，能量密度有限，组装成的电容器的综合性能受到一定程度影响。与碳材料相比，导电聚苯胺材料合成简便、环境稳定性好，相对碳材料的比容量、能量密度较好，但是单独采用聚苯胺材料，电容器的比容量及能量密度改善能力有限，使其在超级电容器领域的应用受到局限。因此，开发比容量更大、电化学活性更高、综合性能更好的新型导电聚苯胺复合电极材料具有重要意义。

发明内容

针对现有的活性炭电极材料存在比容量低、能量密度低和电化学活性不够高的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有比容量大、高电化学活性以三价铈离子掺杂聚苯胺中空微球为活性物质的对称性钮扣型超级电容器电极材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种基于所述电极材料获得的比容量大、交流阻抗小和电压维持能力好的对称性钮扣型超级电容器。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种对称性钮扣型超级电容器电极材料，该电极材料的活性物质为表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球。

优选方案，对称性钮扣型超级电容器电极材料由以下质量份组分组成：

表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球70～80份；

乙炔黑10～20份；

固含量为55～65％的聚四氟乙烯乳液5～15份。

较优选的方案，对称性钮扣型超级电容器电极材料由以下质量份组分组成：表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球75份；乙炔黑15份；固含量为60％聚四氟乙烯乳液10份。

较优选方案，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球的外径为340～420nm，内径为220～260nm，电导率为8.95～47.46S/cm。

较优选方案，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球中三价铈离子的质量百分比含量为5～30％。

进一步优选方案，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球通过如下方法制备得到：将苯胺在含聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)的溶液中通过自组装法制备聚苯胺中空微球，聚苯胺中空微球在硝酸铈(Ⅲ)溶液中搅拌掺杂后，即得表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球。