[发明专利]NaOH改性苝酰亚胺/聚苯胺复合电极材料及其容量性能

说明书

本发明提供了一种以NaOH改性苝酰亚胺与聚苯胺电化学原位聚合制备的复合电极材料。该电极材料以苝酰亚胺为原材料，通过1M NaOH改性苝酰亚胺，缓解苝酰亚胺的难溶问题。然后，将改性苝酰亚胺加入制备好的含0.5M高氯酸锂、0.025M三氟乙酸、0.05M苯胺的乙腈溶液中，进行电化学原位聚合，得到花朵状层层排列、微观形貌可控的NaOH改性苝酰亚胺/聚苯胺复合电极材料。该复合材料材料具有高比表面积、多级层片结构、容量性能好等优点并且提高了纯聚苯胺的循环稳定性，制备工艺具有绿色环保、方法简单、成本低的优势。该复合材料为超级电容器、锂离子混合超级电容器提供了容量性能优异的赝电容材料，表现出优异的传质性能有望成为理想的能源器件电极材料。

技术领域

本发明属于化学能源材料领域，提供了一种以NaOH改性苝酰亚胺、苯胺单体为原料，通过电化学原位沉积法制备NaOH改性苝酰亚胺/聚苯胺复合电极材料的复合电极材料，并用于超级电容器、锂离子混合超级电容器等能源器件。

背景技术

聚苯胺(PANI)作为优良的导电高分子材料，在储能领域备受关注。研究者对聚苯胺赝电容电极材料做了大量研究发现聚苯胺的结构是决定其性能发挥的关键性因素。无序且大量堆积的形态会导致电荷传输受阻产生过氧化形成过电势，同时充放电过程中聚苯胺体积的剧烈溶胀也影响其循环稳定性及容量性能的发挥。因此，实现聚苯胺形貌的微观可控是改善其电化学性能的关键。

鉴于苝酰亚胺(PDI)独特的平面结构并可与苯胺单体π-π吸附，本研究期望通过苝酰亚胺的加入减少聚苯胺的无序堆积，控制复合电极的微观形貌进而控制电极的性能。我们使用NaOH对苝酰亚胺进行改性的同时，也有效缓解苝酰亚胺难溶性问题。结果表明，通过对苝酰亚胺和苯胺浓度的改变可以实现对复合电极材料微观形貌的控制。苝酰亚胺的引入既改善了聚苯胺的微观结构提高了材料的循环稳定性，又大幅增加了材料的比表面积，有利于电解液和材料之间的充分接触，降低界面阻抗。得到了结构和性能双优的电极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过NaOH改性苝酰亚胺的引入和简单易行的原位电化学沉积方法，实现了电极材料的微观可控，得到了应用广泛、高性能电极材料。

为了解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是：

将苝酰亚胺加入1M NaOH溶液中充分混合后过滤干燥，得到改性苝酰亚胺。按一定顺序配制0.5M 高氯酸锂、0.025M 三氟乙酸、0.05M 苯胺的乙腈溶液后加入0.025M的改性苝酰亚胺，制备得到电沉积所用聚合液。在三电极体系下，以Au电极为工作电极，Pt电极为对电极，Ag/Ag⁺为参比电极，以10mV/s的扫速进行电化学沉积，得到NaOH改性苝酰亚胺/聚苯胺复合电极材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)通过对苝酰亚胺改性，有效解决了苝酰亚胺的难溶性问题，为其进一步使用提供了可能。

(2) 苝酰亚胺的引入既改善了聚苯胺的微观结构又提高了材料的容量性能，得到了结构和性能双优的电极材料。

(3)电化学方法聚合聚苯胺，聚合和掺杂同时进行，通过改变聚合电位和时间方便控制聚苯胺的氧化态和沉积量且可以直接进行原位电化学测试。

附图说明

图1 为实施例1得到的纯聚苯胺电极材料的扫描电镜（SEM）图片。

图2 为实施例2得到的NaOH改性苝酰亚胺/聚苯胺复合电极材料的扫描电镜（SEM）图片。

图3为实施例1得到的纯聚苯胺电极材料的电流、沉积频率随扫描电压的变化曲线。