[发明专利]一种超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：(一)多孔聚吡咯管表面修饰，(二)表面改性多孔聚吡咯管/氨基改性富勒烯复合材料的制备，(三)氟掺杂V‑Bi‑Al‑O‑Si的制备，(四)电极材料的制备。本发明还公开了采用所述超级电容器电极材料的制备方法制备得到的超级电容器电极材料及采用所述超级电容器电极材料作为电极材料的超级电容器。本发明公开的超级电容器电极材料具有价格低廉，能量密度大，导电性强，内阻低，比电容大，循环寿命长，使用安全环保的优点。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种超级电容元件，具体涉及一种超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，环境问题和能源问题仍然是制约着社会进步的重要影响因素。为了解决这些问题，各种清洁能源装置引起了业内广泛关注。其中，超级电容器是众多清洁能源装置之一，是集高能量密度、高功率密度和长寿命等特性于一身，此外还具有免维护和高可靠性等优点，兼备电容和电池特性的新型清洁电子元件。由于其具有高能量密度、高功率密度、长寿命、对环境友善等优点而被广泛应用于消费电子类产品(例如计算机等)、能源交通(例如电动汽车、太阳能和风能储能等)、医疗器械、通信设备、功率补偿等领域。

超级电容器电极材料是影响超级电容器性能的重要因素，其性能的好坏直接影响超级电容器的循环使用寿命及容量大小。目前常用的电极材料有碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物，碳材料具有良好的导电性、比表面积高、密度低、孔道结构可控、价格便宜、抗化学腐蚀性能好，但其能量密度不及电池的十分之一，后两种物质作为电极材料时，超级电容器具有较高的能量密度，但过渡金属氧化物价格较为昂贵，而导电聚合物循环寿命较差。

因此，开发一种价格低廉，能量密度大，导电性强，内阻低，比电容大，循环寿命长的超级电容器用电极符合市场需求，对促进新能源新材料行业的发展，解决环境和能源问题具有积极作用。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种超级电容器电极材料及其制备方法，该制备方法工艺简单、流程短、设备依赖性低、适于大规模工业化生产；通过所述制备方法制备得到的超级电容器电极材料克服了传统超级电容器电极材料或多或少存在的能量密度低，价格较为昂贵，比容量小，循环寿命较差的技术问题。具有价格低廉，能量密度大，导电性强，内阻低，比电容大，循环寿命长，使用安全环保的优点。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)多孔聚吡咯管表面修饰：将多孔聚吡咯管分散于有机溶剂中，然后再加入环氧氯丙烷和碱性催化剂，在40-60℃下搅拌反应4-6小时，然后过滤，并用水洗3-5遍，再用乙醇洗3-5遍，后置于真空干燥箱中70-80℃下烘12-15小时，得到表面修饰的多孔聚吡咯管；

2)表面改性多孔聚吡咯管/氨基改性富勒烯复合材料的制备：将经过步骤1) 制备得到的表面修饰的多孔聚吡咯管分散于异丙醇中，再 向其中加入氨基改性富勒烯和双肼酞嗪，在75-85℃下搅拌反应6-8小时，后旋蒸除去异丙醇，并用乙醚洗3-5遍，后置于真空干燥箱中70-80℃下烘12-15小时，得到表面改性多孔聚吡咯管/氨基改性富勒烯复合材料；

3)氟掺杂V-Bi-Al-O-Si的制备：将四氯化钒，硝酸铋，氯化铝，六氟硅酸锌溶于水中形成溶液，再向溶液中加入柠檬酸，搅拌10-20分钟，得到混合溶液，然后对混合溶液进行喷雾干燥，最终得到分子水平上混合均匀的前驱体颗粒；将前驱体于室温下以5-10℃/min升温到800-900℃，再在该温度下保温20-25h 后自然冷却；待冷却至室温，将产物研磨，过150-300目筛得到氟掺杂V-Bi-Al-O-Si；

4)电极材料的制备：将步骤3)中制备得到的氟掺杂V-Bi-Al-O-Si与步骤2)中制备得到的表面改性多孔聚吡咯管/氨基改性富勒烯复合材料混合均匀，在氮气氛围保护下，于950℃～1100℃下碳化7-10小时得到电极材料。