一种聚三苯胺-碳源复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种聚三苯胺

【技术实现步骤摘要】
一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]超级电容器是近年来发展迅速的新型储能器件。广泛应用于移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等领域。超级电容器主要由电极、电解液、隔膜、引线和封装材料几部分组成。其中，电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。
[0003]目前，常用的电极材料主要有碳材料金属氧化物材料和导电聚合物材料三大类，其中，碳材料以活性炭为代表，主要应用于双电层电容器领域，具有原料易得、生产成本低、易实现工业化生产及性能稳定等优点，但是由于其比容量偏低，金属氧化物以二氧化钌为主，主要应用于赝电容电容器领域，具有比电容高的优点，但是对环境不友好；而导电聚合物包括对苯、聚苯胺、聚噻吩等，主要应用于赝电容电容器领域，比容量高，且易制备、属于环境友好型物质，但是它存在电阻过大、灵活性差、循环性能不佳等缺点；而近些年，为了扬长避短，充分结合各材料各自的优点，复合材料则成为电极材料研究的新热点。
[0004]然而，目前的复合材料通常是采用聚苯胺或者聚二苯胺与活性炭为原料，通过球磨工艺直接复合，采用该工艺得到的复合材料，仍旧存在有比表面积较大，大孔结构较少、循环性能较差等缺点，仍就有较大的提升空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料及其应用,与单个组分相比，具有更高的电化学电容和更好的倍率性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下：
[0007]技术方案一：
[0008]一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，是以三苯胺类物质和碳源为原料，在氧化剂的作用下，经原位聚合生成聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体后，再将聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体球磨制得。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述聚三苯胺
‑
碳源复合材料包括聚三苯胺
‑
活性炭复合材料、聚三苯胺
‑
石墨烯复合材料、聚三苯胺
‑
碳纳米管复合材料中的一种或几种。
[0010]作为一种优选的技术方案，所制得的聚三苯胺
‑
碳源复合材料为多孔复合材料，所述聚三苯胺
‑
碳源复合材料具有孔径＞50nm的孔；所述聚三苯胺
‑
碳源复合材料相较于其他材料而言，孔径＞50nm的孔明显增多。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述三苯胺类物质包括三苯胺、三苯胺衍生物中的一种或几种；
[0012]所述碳源包括活性炭、石墨烯、碳管中的一种或几种；
[0013]所述氧化剂包括三氯化铁、过氧化氢、重铬酸盐、过硫酸盐中的一种或几种。本专利技术氧化剂优选为三氯化铁，本专利技术三氯化铁其相较于其他的氧化剂而言，具有更小的氧化
还原电位，能够使聚合物具有更小的直径和更高的结晶性，此外，在专利技术中，三氯化铁还作为掺杂剂使用，通过氯离子掺杂，促进电荷转移，提高聚合物的导电性。
[0014]作为一种优选的技术方案，所述活性炭包括椰壳活性炭、木制活性碳、果壳活性碳与煤质活性碳中的一种或几种。
[0015]作为一种优选的技术方案，所述三苯胺类物质与所述碳源的质量比为1：9
‑
40；作为其中一个技术方案，所述三苯胺类物质与所述碳源的质量比可以选择为1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:18、1:29、1:30、1:31、1:32、1:33、1:34、1:35、1:36、1:37、1:38、1:39、1:40等；本专利技术中三苯胺类物质的用量过高或过低均会对复合材料的性能造成不利影响，三苯胺类物质的用量降低，聚三苯胺的量则减少，会减弱球磨工艺的效果，而三苯胺类物质的用量增加，会导致整个复合材料体系的微/介孔(本方案中是指孔径≤50nm的孔)比例增多，而过多的微/介孔则会影响材料的电化学过程，因此，本专利技术需要严格控制三苯胺类物质与碳源的比例。
[0016]所述三苯胺类物质与所述氧化剂的摩尔比为1：2
‑
5。作为其中一个技术方案，所述三苯胺类物质与所述氧化剂1：2、1：3、1：4、1：5等，本专利技术氧化剂的用量过多容易发生爆聚现象，导致聚合不均匀，因此，本专利技术需要严格控制氧化剂的用量。
[0017]所述原位聚合在氮气气氛下，于20
‑
50℃温度条件下进行,反应时间为10
‑
24h。作为其中一个技术方案，所述原位聚合的温度可以选择为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等，所述原位聚合的反应时间可以选择为10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h、24h等；本专利技术原位聚合温度过低，无法完成聚合反应或者聚合反应速率过慢，而聚合温度过高，则容易发生爆聚，导致原位聚合不均匀；本专利技术聚合时间过短无法完成聚合反应，反应收率过低，而聚合时间过长，则属于时间浪费，成本增加，因此，本专利技术需要严格控制聚合条件。
[0018]作为一种优选的技术方案，以三苯胺类物质和碳源为原料，在氧化剂的作用下，经原位聚合生成聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体，具体包括如下步骤：
[0019]将三苯胺类物质采用溶剂溶解后，边搅拌边加入碳源，然后加入氧化剂进行氧化聚合反应，反应完成后，过滤，固体依次用水和醇类洗剂洗涤若干次，除去残余的氧化剂和低聚物后，经干燥、研磨，获得聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体。
[0020]作为一种优选的技术方案，所述溶剂包括二氯甲烷、氯仿、四氯化碳中的一种或几种；其中二氯甲烷毒性低，成本低。
[0021]所述溶剂与三苯胺类物质的质量比为20
‑
110：1；其中，作为一种技术方案，所述溶剂与三苯胺类物质的质量比可以选择为20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55：1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1、100:1、105:1、110:1等。
[0022]所述醇类洗剂包括甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种；
[0023]所述干燥于6℃条件下真空干燥12
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48h。
[0024]作为一种优选的技术方案，所述球磨，在空气气氛下进行，于100
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300rpm转速下球磨1
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10h。作为其中一个技术方案，所述球磨的转速可以选择为100rpm、120rpm、140rpm、160rpm、180rpm、200rpm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，其特征在于，是以三苯胺类物质和碳源为原料，在氧化剂的作用下，经原位聚合生成聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体后，再将聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体球磨制得。2.根据权利要求1所述的一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，其特征在于，所制得的聚三苯胺
‑
碳源复合材料为多孔复合材料，所述聚三苯胺
‑
碳源复合材料具有孔径＞50nm的孔。3.根据权利要求1所述的一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，其特征在于，所述三苯胺类物质包括三苯胺、三苯胺衍生物中的一种或几种；所述碳源包括活性炭、石墨烯、碳管中的一种或几种；所述氧化剂包括三氯化铁、过氧化氢、重铬酸盐、过硫酸盐中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，其特征在于，所述三苯胺类物质与所述碳源的质量比为1：9
‑
40；所述三苯胺类物质与所述氧化剂的摩尔比为1：2
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5；所述原位聚合在氮气气氛下，于20
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50℃温度条件下进行,反应时间为10
‑
24h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种聚三苯胺
‑
碳源复合材料，其特征在于，以三苯胺类物质和碳源为原料，在氧化剂的作用下，经原位聚合生成聚三苯胺
‑
碳源复合材料前驱体，具体包括如下步骤：将三苯胺类物质采用溶剂溶解后，边搅拌边加入碳源，然后加入氧化剂进行氧化聚合反应，反应完成后，过滤，固体依次用水和醇类洗剂洗涤若...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜惟实，董仕晋，岳敏，
申请(专利权)人：无锡零一未来新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：