包含胶态导电聚合物和碳的组合物制造技术

本发明专利技术涉及能够形成涂层并且包含胶态导电聚合物和碳的混合物的组合物及其制造方法，以及该组合物在各种电子设备、电源等使用的大容量电双层电容器中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含(本征)导电聚合物和碳材料的导电材料、它们的制造方法和在各种电子设备、电源等使用的大容量电双层电容器中的用途。
技术介绍
导电材料是已知的并且以许多不同的形式和应用使用。基于碳的导电材料可以以许多不同物理和化学形态、形式和组成使用。纯的或大体上纯的碳可以以炭黑(其主要也包含基于氧的杂质)、石墨(纯C)、碳纳米管和富勒烯等形式利用。另一组导电材料是(本征)导电聚合物，已经发现一些初步应用。这两组导电材料具有至少一种共性，导电性。对于一组或另一组材料，其它的性质可以是专有的，或可以在各自组内广泛地变化。例如，石墨的粒度在几至几十微米的范围内，而富勒烯的粒度却在埃的范围内。炭黑和碳纳米管的比表面积显示至高达到约1000m2/g的高值，而石墨的却在几m2/g的范围内。聚苯胺作为导电聚合物的代表之一，其特点在于富氧化还原化学，PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)也称PEDT，具有适度或不良可再现性的氧化还原化学，而石墨或炭黑没有呈现可逆的氧化还原化学。过去，已试验过导电聚合物如聚苯胺、聚乙烯二氧噻吩、聚吡咯或它们的衍生物与含碳材料(炭黑、石墨、碳纳米管和富勒烯)的组合。虽然所述材料的简单混合物没有呈现任何显著的或可再现的优点，因此没有发现任何商业的或技术的应用，但是已广泛地研究了用于导电聚合物和炭黑或导电聚合物和碳纳米管组合的化学方法。例如，Eeonyx公司提供了在表面上聚合有聚苯胺的炭黑，作为市场上开发的产品(″Eeonomer″)，参见G.Du，A.Epstein，K.Reimer在1996年3月的美国物理协会会议，分会M23，报告M 23.09中的报告。实验室化学品供应商Aldrich在它们的目录中公布了该化学方式生产的混合物。然而，这种产品没有呈现吸引人的优点。炭黑/聚苯胺混合物可呈现吸引人的技术优点的区域之一可以是所谓‘超级电容器’的区域，也通常称作‘双层’或‘氧化还原电容器’。该区域提供了最大数量的出版物，在这些出版物中混合了碳和导电聚合物或者提供了混合物的形式的碳和导电聚合物。为此，主要使用了两种混合程序-通过一天的球磨简单混合炭黑和聚苯胺的粉末(美国专利申请公开NO.2002/0114128)，或以其它方式如在Journal of Power Sourees 11，2003，185-190和Journal of the Electrochemical Society，148，10，2001，A1130-A1134公开的方法，其中把聚苯胺或聚噻吩衍生物与炭黑粉末混合。然而，混合的具体方法没有公开。-在炭黑表面上的不同导电聚合物的化学或电化学聚合。后一方法已经在专利和科学文献中广泛地研究过。欧洲专利申请EP 1 329 918报道了碳和聚苯胺或聚吡咯的阴极复合材料，其中电化学聚合了导电聚合物。阳极由铅制成。发现导电聚合物的含量最佳为10-15重量％。通过使用这种材料制造的电容器包括电极组合，所述电极组合包括非可极化阳极和可极化阴极，其中非可极化阳极由铅制成。美国专利申请2002/0089807公开了通过化学或电化学方法在高孔隙的炭黑材料上直接聚合的本征导电聚合物。Journal of Applied Electrochemistry 33，465-473，2003公开了在由聚丙烯腈生成的碳气凝胶上的聚苯胺的电化学聚合。那种方法与Journal of Power Sources 117，273-282，2003和lit.10，Carbon 41，2865-2871，2003公开的在活性多孔碳上的聚苯胺的电化学聚合类似。在Conference Proceedings ofANTEC′98，VoL 2，1197ff，1998中，作者报道了在铂集电极载体的碳的高表面积膜上聚乙烯二氧噻吩的聚合。在同一出版物中，报道了在同种类的碳膜上由六氟-异丙醇溶液铸塑聚苯胺。Electrochimica Acta Vol.41，No.1，21-26，1996公开了对称或不对称电极构造的各种氧化还原超级电容器，其中使用并在基材上聚合了如聚吡咯或聚噻吩衍生物的各种导电聚合物，类似于在美国专利5,527,640，1996中使用的方法，其中在基于碳的材上通过电化学方法聚合聚噻吩衍生物。如以上解释，通常制备炭黑/导电聚合物的混合物用于所谓的“超级电容器”。这种电容器也通常称为“双层电容器”、“电化学”或“电双层电容器”或“氧化还原电容器”以及有时称作“假电容电容器(pseudo-capacity capacitor)”。通常，双层电容器是一种能量装置，其中将两个电极彼此相对布置，在所述两个电极之间布置隔离物，所述两个电极至少之一是通过使用多孔含碳材料涂敷收集板获得的，所述多孔含碳材料对收集板具有在约100和1000m2/g之间和以上的高比表面积。在存在电解质溶液情况下，在电极上施加电压，以在至少一个电极上生成电双层并从中取得能量。如美国专利No.5,150,283说明书和附图中所公开，一种使用多孔含碳材料作为电极材料的双层电容器的结构分类为其中电双层电极对(每个电极都包括连接到收集板的可极化电极)卷绕并包含在容器中的类型，和电双层电极对层压的按钮型。卷绕型具有一定的构造，在该构造中用于释放能量至外部的铅线连接到例如由20至50μm厚度的蚀刻铝箔组成的收集板。使用由粉末混合物组成的糊剂涂敷铝箔以形成导电层，所述糊剂通过混合活性炭粉末与所需的粘合剂和所需的导电剂而制备。由主要由活性炭构成的活性炭层组成的可极化电极形成于导电层上，以获得电双层电极，将这种电双层电极对彼此相对布置，并在其中布置隔离物并卷绕。作为替代方案，在真空下，使用包含溶解在其中的电解质的电解溶液充分地浸渍由活性炭层和隔离物组成的可极化电极，通过这种方法装配电双层电极。把电极和隔离物插入到由铝等制成的壳体内，和通过使用包装密封铝壳体的开口部分。通常，该装配为圆筒型。另一方面，按钮型具有一定结构，在该结构中由活性炭层组成的可极化电极形成在圆盘形的阀金属片上，以获得电双层电极。将这种电双层电极对彼此相对布置，并在其中布置绝缘隔离物，将此装配放在由两个构件组成的金属容器中。这两个电双层电极具有阀金属的圆盘形的成形片(或箔)，分别连接到金属容器的底部和顶盖部的内侧，把底部和顶盖部相互连接，同时在它们的圆周边缘部分使用绝缘环形密封件来密封，并在容器内填充非水电解液，该电解液充分地提供给电双层电极和隔离物。作为非水电解液，例如，使用通过添加四氟硼酸四乙铵至碳酸异丙烯酯中制备的溶液。有几种其它构造的双层电容器或氧化还原电容器(通常称作“超级电容器”)在使用，在此不做详细描述。已经提出了大容量电化学电容器，其中使用电化学活性无机物质或有机(本征)导电聚合物与上述多孔含碳物质组合或代替上述多孔含碳物质作为电极材料，以及其中以与使用上述多孔含碳材料的普通电双层电容器中一样的方法来使用基于电双层形成的蓄电器，并且，同时使用基于伴随在两个电极上氧化-还原反应的氧化-还原电位的蓄电器，从而实现大容量。例如，使用氧化钌作为电极活性物质的电化学电容器(Physics Letters，26A，p.209(1968))被评价为目前已知的使用无机氧化物的最高性能电化学电容器，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够形成涂层并包含胶态导电聚合物和碳的混合物的组合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2004-3-18 102004013634.3;DE 2004-3-19 1020040141.一种能够形成涂层并包含胶态导电聚合物和碳的混合物的组合物。2.根据权利要求1的组合物，其中导电聚合物选自苯胺、噻吩、吡咯及其取代衍生物的聚合物。3.根据权利要求1或权利要求2的组合物，其中存在两种或更多种不同的导电聚合物。4.根据前述任一权利要求的组合物，其中碳具有根据BET法测量大于100m2/g的比表面积。5.根据前述任一权利要求的组合物，其中碳选自石墨、炭黑、纳米管和富勒烯。6.根据权利要求5的组合物，其中碳是活性炭黑。7.根据权利要求6的组合物，其中活性炭黑具有大于750m2/g的比表面积。8.根据前述任一权利要求的组合物，其中导电聚合物的平均粒度(数均)小于500nm。9.根据前述任一权利要求的组合物，其中导电聚合物的电导率大于10-5S/cm。10.根据权利要求9的组合物，其中电导率大于10S/cm。11.根据权利要求10的组合物，其中电导率大于100S/cm。12.根据前述任一权利要求的组合物，其中导电聚合物与碳的重量比为1∶50～50∶1。13.根据前述任一权利要求的组合物，进一步包含40～99.5wt％浓度的液体分散介质和0～10wt％浓度的其它不可蒸发的添加剂，其中分散介质液体可在环境条件下蒸发，存在的导电聚合物和碳组分的浓度为0.5～60wt％，所有的重量百分数均基于总体组合物。14.根据权利要求13的组合物，其中液体分散介质包括水和/或有机溶剂。15.一种用于制造根据前述任一权利要求的组合物的方法，包括将导电聚合物和碳以...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德韦斯林，古性均，松村光信，伊佐治忠之，
申请(专利权)人：沃明创有限公司，日产化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]