一种超级电容器用电极活性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超级电容器领域，具体涉及一种超级电容器用电极活性材料及其制备方法，用于解决现有的石墨烯电极材料存在分散性差易于团聚，而且石墨烯在还原的过程中发生严重的片层堆叠的问题；该电极活性材料的主要支架为石墨烯，石墨烯材料由于具有大的比表面积、优异的导电性和机械性能以及良好的柔性和化学稳定性，连接二茂铁基团后能够阻止石墨烯在还原的过程中发生严重的片层堆叠，保留较多的反应活性位点，而且能够提供流畅的电子传输路径，可以促进电化学反应过程中电子的流动，提高其电化学性能，引入的噻吩聚合物能够改善石墨烯的分散性，同时能够进一步提升其导电性，进而改善超级电容器用电极活性材料的电化学性能。改善超级电容器用电极活性材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器用电极活性材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超级电容器领域，具体涉及一种超级电容器用电极活性材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]当今社会，科学技术不断发展进步，对能源的消耗也越来越快，化石能源储量的不断减少促使人们在不断地寻找可再生的能源替代品。一些形式的可再生能源具有间歇性，电能存储是间歇性能源得到高效利用的关键技术之一。
[0003]目前，常用的储能器件还是以燃料电池、铅蓄电池和锂离子电池等为主，虽然电池型储能器件的能量密度较高，但是也存在循环稳定性不佳，功率密度不够大的缺点，而电容器型储能设备的出现则是很好的解决了这一问题。与电池相比，电容器的高功率密度、高循环稳定性以及快速的充放电速率是其近年来得到广泛研究和快速发展的主要原因。而超级电容器的综合性能则介于电池和电容器之间，相比常规电容器来说具有更大的能量密度，相比电池来说具有更高的功率密度，可以在能量密度和功率密度之间实现很好的平衡。
[0004]电极材料，是超级电容器进行充放电储能的重要参与者，其性能的好坏将直接影响整体器件的性能优劣，所以选择性能优异的电极材料是保证器件性能的关键一环。石墨烯材料由于单原子层的二维结构性质，具有高达2630m2/g的理论比表面积、优异的电导率和热导率、高机械强度和良好的柔韧性，使得其被广泛地应用于包括超级电容器和电池在内的储能领域中。但是石墨烯材料存在分散性差易于团聚，导致电极材料性能不佳，而且石墨烯在还原的过程中发生严重的片层堆叠，堆叠的发生会使得材料的有效比表面积变小，在电化学变化中提供的可接触活性位点减少，影响材料的电化学性能。

技术实现思路

[0005]为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种超级电容器用电极活性材料及其制备方法，解决了现有的石墨烯电极材料存在分散性差易于团聚，而且石墨烯在还原的过程中发生严重的片层堆叠的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将石墨烯微片、硝酸钠加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为
‑5‑
0℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下边搅拌边加入浓硫酸，加入完毕后继续搅拌反应20
‑
30min，之后加入高锰酸钾继续搅拌反应1
‑
2h，之后升温至30
‑
35℃的条件下继续搅拌反应1
‑
2h，之后边搅拌边逐滴加入1/4的去离子水，控制滴加速率为2
‑
5滴/s，滴加完毕后升温至95
‑
100℃的条件下继续搅拌反应20
‑
25min，之后加入余下3/4的去离子水和过氧化氢溶液，之后继续搅拌反应5
‑
10min，反应结束后将反应产物趁热真空抽滤，将滤饼依次用盐酸溶液以及蒸馏水洗涤3
‑
5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50
‑
60℃的条件下干燥2
‑
3h，得到中间体1；
反应过程如下：步骤二：将间苯二甲基异氰酸酯、N
‑
溴代琥珀酰亚胺以及四氢呋喃加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为0
‑
3℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下搅拌10
‑
15min，之后升温至40
‑
45℃的条件下继续搅拌反应2
‑
4h，反应结束后将反应产物加入至蒸馏水中，之后用二氯甲烷萃取2
‑
3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体2；反应过程如下：步骤三：将中间体1、中间体2以及N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，在超声波频率为35
‑
45kHz的条件下超声分散1
‑
1.5h，之后通入氮气保护，在温度为25
‑
30℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下搅拌反应20
‑
25h，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼用二氯甲烷洗涤2
‑
3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50
‑
60℃的条件下干燥3
‑
4h，得到中间体3；反应过程如下：
步骤四：将中间体3、N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，在超声波频率为35
‑
45kHz的条件下超声分散1
‑
1.5h，之后加入1，1'
‑
二茂铁甲酸继续超声分散5
‑
15min，之后通入氮气保护，在温度为25
‑
30℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下搅拌反应20
‑
25h，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼用二氯甲烷洗涤2
‑
3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50
‑
60℃的条件下干燥3
‑
4h，得到中间体4；反应过程如下：
步骤五：将2，6
‑
二溴苯胺、二(三苯基膦)氯化钯、2
‑
噻吩硼酸以及二氧六环加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25
‑
30℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下边搅拌边逐滴加入饱和碳酸钾溶液，控制滴加速率为1
‑
2滴/s，滴加完毕后升温至40
‑
50℃的条件下继续搅拌反应20
‑
25h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后用乙酸乙酯萃取2
‑
3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体5；反应过程如下：
步骤六：将中间体5、三氯甲烷以及冰醋酸加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，之后通入氮气保护，在温度为0
‑
3℃，搅拌速率为350
‑
400r/min的条件下搅拌10
‑
15min，之后边搅拌边加入N
‑
溴代琥珀酰亚胺，加入完毕后继续搅拌反应5
‑
10min，之后升温至30
‑
35℃的条件下继续搅拌反应15
‑
20h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后依次用蒸馏水和碳酸氢钠溶液洗涤2
‑
3次，之后静置分层，将有机相用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，之后用无水乙醇重结晶，得到中间体6；反应过程如下：步骤七：将中间体4、中间体6、碳酸钾以及N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至安装有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将石墨烯微片、硝酸钠加入至三口烧瓶中，边搅拌边加入浓硫酸，加入完毕后继续搅拌反应，之后加入高锰酸钾继续搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入去离子水，滴加完毕后继续搅拌反应，之后加入去离子水和过氧化氢溶液，之后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到中间体1；步骤二：将间苯二甲基异氰酸酯、N
‑
溴代琥珀酰亚胺以及四氢呋喃加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物加入至蒸馏水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体2；步骤三：将中间体1、中间体2以及N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中超声分散，之后搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到中间体3；步骤四：将中间体3、N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中超声分散，之后加入1，1'
‑
二茂铁甲酸继续超声分散，之后搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到中间体4；步骤五：将2，6
‑
二溴苯胺、二(三苯基膦)氯化钯、2
‑
噻吩硼酸以及二氧六环加入至三口烧瓶中，边搅拌边逐滴加入饱和碳酸钾溶液，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体5；步骤六：将中间体5、三氯甲烷以及冰醋酸加入至三口烧瓶中搅拌，之后边搅拌边加入N
‑
溴代琥珀酰亚胺，加入完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，之后洗涤，之后静置分层，将有机相干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体6；步骤七：将中间体4、中间体6、碳酸钾以及N，N
‑
二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体7；步骤八：将中间体7、三氯甲烷以及十六烷基三甲基溴化铵加入至三口烧瓶中超声分散，之后加入噻吩继续超声分散，之后搅拌反应，反应结束后将反应产物真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到超级电容器用电极活性材料。2.根据权利要求1所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤一中的所述石墨烯微片、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、去离子水以及过氧化氢溶液的用量比为1g：0.7
‑
0.8g：30
‑
40mL：4.2
‑
4.8g：160
‑
180mL：20
‑
25mL，所述浓硫酸的质量分数为95
‑
98%，所述过氧化氢溶液的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：武义，赵川，唐政，张俊峰，
申请(专利权)人：深圳市今朝时代股份有限公司，
类型：发明
国别省市：