[发明专利]一种聚吡咯/磷化铜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚吡咯/磷化铜复合材料及其制备方法，该材料由纳米级的聚吡咯和磷化铜复合而成，复合好的双相粒子因为相比单体比表面积增加，使得电荷储存量增加，离子转移速率加快，相比单体电化学性能大大提高，通过循环伏安测试发现，该复合材料的比电容能够达到342.2F/g，电阻仅为2.5Ω，且恒流充放电3000次长循环后容量保持率达81％；该制备方法通过两步法成功制备了具有不同表面活性剂的聚吡咯/磷化铜复合材料，本发明制备方法简单、成本低、原料易得、重复性好、反应条件可控且时间短，制备出的PPy/Cu₃P复合材料电化学性能良好，在超级电容器电极材料领域具有很大的应用前景。

【技术领域】

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及一种聚吡咯/磷化铜复合材料及其制备方法。

【背景技术】

近年来，人类社会对移动电源和清洁发展的要求，使得能源储存和转换的新技术和新设备受到越来越多的重视。超级电容器作为一种新型储能装置，具有较强的充放电能力、稳定性好、容量大、对环境无污染等优点，填补了传统电容器和二次电池之间的空白，在移动通讯、便携计算机及电动汽车方面具有非常广阔的应用前景。然而，现有的电容器电极材料常常存在能量密度低、成本高等缺点，因此开发新型超级电容器电极材料具有非常重要的意义。在各类电极材料的研究中，基于导电聚合物的超级电容器电极材料越来越受到人们的重视，成为近年来的研究热点。

聚吡咯(PPy)作为一种重要的导电高分子，具有易掺杂及制备和环境稳定性好等优点，经掺杂后可具有优良的导电性，因此被广泛用于超级电容器电极材料的研究中。然而，聚吡咯也有难溶解、难熔融等缺点。因此，聚吡咯常与金属或金属氧化物进行复合以改善其溶解性及电化学性能，这使得聚吡咯复合材料被人们广泛研究。

金属磷化物是一种金属填隙化合物，在电池方面具有很强的储锂能力，是一种极具潜力的锂离子电池负极材料。磷化铜(Cu₃P)因其独特的性能而被广泛地应用在了电学、磁学、光学以及催化等方面，磷化铜由于具有高导电性和类金属性等特性，作为锂离子电池负极材料的电性能近年来被广泛研究，但用作超级电容器材料进行电性能的研究较少，同时该领域也少有将聚吡咯和磷化铜结合起来进行研究。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种聚吡咯/磷化铜复合材料及其制备方法，该材料利用了聚吡咯和磷化铜的电化学特性，将二者结合起来，制得的复合材料具有良好的电化学性能，制备方法简单，重复性好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种聚吡咯/磷化铜复合材料，由聚吡咯粒子和磷化铜粒子复合而成，其中聚吡咯粒子的平均粒径为220nm，磷化铜粒子的平均粒径为250nm。

一种聚吡咯/磷化铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备磷化铜单体，

将十六烷基三甲基溴化铵溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后加入铜盐，搅拌均匀后加入白磷，水热反应后得到黑色沉淀物，将黑色沉淀物清洗、干燥后得到磷化铜单体；

步骤2，制备聚吡咯/磷化铜复合材料，

将步骤1制备好的磷化铜单体超声分散于去离子水中，得到溶液A，将吡咯单体和表面活性剂加入溶液A中，得到溶液B，其中磷化铜单体与吡咯单体的质量比为1：(6～10)；在溶液B中加入引发剂进行聚合反应，将反应产物清洗抽滤后，干燥制得聚吡咯/磷化铜复合材料。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，十六烷基三甲基溴化铵和N,N-二甲基甲酰胺料液比为(0.05～0.1)g：30mL。

优选的，步骤1中，铜盐和十六烷基三甲基溴化铵比例为(1～2)mmol：(0.05～0.1)g，铜盐为五水硫酸铜、二水合氯化铜、三水合硝酸铜中的任一种。