一种超级电容器及其制备方法技术

技术编号:8131623 阅读:252 留言:0更新日期:2012-12-27 04:12
一种超级电容器及其制备方法,属于电容器领域。该超级电容器包括正极、负极、设置在正极和负极之间的高分子电解质隔膜,所述的正极材料为有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,负极材料为多孔炭材料、有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,所述的高分子电解质隔膜是由电解质高氯酸锂分散于聚偏氟乙烯基质中,再加入助剂而制成的。本发明专利技术还提供一种超级电容器的制备方法。本发明专利技术的超级电容器的质量比电容量可达到113F/g,采用自制的高分子电解质隔膜和新的制备工艺,有效地避免了电极材料脱落的损失,提升循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电容器领域,具体涉及。
技术介绍
超级电容器(Supercapacitors),也叫电化学电容器(ElectrochemicalCapacit0rS,ECS),是一种性能介于常规电容器和二次电池之间的新型储能元件。它兼有常规电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点,具有充放电效率高、安全等独特性能,可作为大功率脉冲电源,在数据记忆存储系统、便携式仪器仪表、备用电源、通讯设备、计算机、电焊机、充磁机、闪光灯、电动车混合电源等领域都有广阔应用前景。一般电化学超级电容器包括密封胶、电解液、隔膜、正/负电极,先将电极材料加入一定量的粘合剂制成浆料,涂于铝箔等集流体上制成正/负电极,干燥后再将正、负电极叠合在一起,中间放入隔膜,浸入壳体内的电解液中,然后用抽真空或静置的方法除去电解质内的气泡,最后用密封胶密封周边,便得到电化学超级电容器。由于铝箔、铜箔等集流体表面较光滑,长时间浸泡及充放电时材料的膨胀收缩等原因导致活性物质的部分脱落,从而比容量降低,影响其循环寿命。超级电容器按储能机制可分为双电层电容器、法拉第准电容器两种类型。在超级电容器中,电极材料是关键,它决定着电容器的主要性能指标。常用的电极材料有多孔炭材料、金属氧化物和导电聚合物。聚苯胺在众多的导电高分子聚合物中,聚苯胺具有原料易得,合成简便,成本较低,能快速进行可逆氧化还原反应,可储存高密度电荷,耐高温及抗氧化性能良好等优点,其研究具有较高理论价值和现实意义。聚苯胺的合成可分为电化学合成法和化学聚合法两类。电化学方法制备的聚苯胺具有很高的比容量,甚至达到2200F/g(对于聚苯胺材料),但是这一优势已经被电化学方法的产量小,电极表面聚合层薄等不利因素所抵消,无法大规模生产。化学聚合法掺杂态聚苯胺的可加工性一直是各国学者追求的目标,苯磺酸、樟脑磺酸等各种特殊官能团的有机酸和盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸等无机酸,金属离子以及准质子酸等(如硫酸二甲酯等)被广泛的用于聚苯胺的掺杂剂。然而这些方法制备的油性聚苯胺在水中溶解度极低,粒径较大,多数使用二甲苯、氯仿、间甲酚等有毒有机溶剂,不利于掺杂聚苯胺的工业化生产及大规模应用,且这些掺杂的聚苯胺在水电解液(如硝酸钠,稀硫酸等)的超级电容器中,虽有着较大的比电容,但是水溶液体系由于其自身的温度范围、工作电压等因素的影响,难以得到广泛的应用。并且这些掺杂的聚苯胺在有机体系中,比电容却较小,公开号为CN101599369A的中国专利,使用金属离子掺杂聚苯胺电极材料在有机体系中虽然达到100F/g,但其循环伏安曲线对称性较差,工作电压一般超过O. 8V后,只出现狭长的极化电流,对电容器的容量贡献极小,在高电位区间的电化学活性小,比容较小,能量密度低。且其组装成液态电容器,存在电解液泄漏污染环境安全等不利因素
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的超级电容器在高电位区的电化学活性小、且现有的制备超级电容器的方法由于采用铝箔或铜箔等集流体,其表面较光滑,从而导致活性物质易脱落的问题,而提供。本专利技术提供一种超级电容器,包括正极、负极、设置在正极和负极之间的高分子电解质隔膜,所述的正极材料为有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,负极材料为多孔炭材料、有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,所述的高分子电解质隔膜是由电解质高氯酸锂分散于聚偏氟乙烯基质中,再加入助剂而制成的。优选的是,所述的有机磷酸酯掺杂的聚苯胺结构如式I所示,本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种超级电容器,包括正极、负极、设置在正极和负极之间的高分子电解质隔膜,其特征在于,所述的正极材料为有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,负极材料为多孔炭材料、有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,所述的高分子电解质隔膜是由电解质高氯酸锂分散于聚偏氟乙烯基质中,再加入助剂而制成的。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器,包括正极、负极、设置在正极和负极之间的高分子电解质隔膜,其特征在于,所述的正极材料为有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,负极材料为多孔炭材料、有机磷酸酯掺杂的聚苯胺或有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料,所述的高分子电解质隔膜是由电解质高氯酸锂分散于聚偏氟乙烯基质中,再加入助剂而制成的。2.根据权利要求I所述的超级电容器,其特征在于,所述的有机磷酸酯掺杂的聚苯胺结构如式I所示,3.根据权利要求I所述的超级电容器,其特征在于,所述的高分子电解质隔膜的制备方法为将聚偏氟乙烯溶于乙酸乙酯中,在50 80°C下反应30 60min,恢复室温,向反应器中加入碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚,或者加入的碳酸丙烯酯和四乙二醇二甲醚的混合物,再加入高氯酸锂,搅拌溶解,涂膜干燥,即得到高分子电解质隔膜,所述的聚偏氟乙烯质量g、乙酸乙酯体积ml、碳酸丙烯酯体积ml、四乙二醇二甲醚质量g和高氯酸锂质量g的比例为 3-8:100:10:1-2:1-5ο4.根据权利要求I所述的超级电容器,其特征在于,所述的多孔炭材料优选为活性炭粉末。5.根据权利要求I所述的超级电容器,其特征在于,所述的有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料构成的复合材料中有机磷酸酯掺杂的聚苯胺和多孔炭材料的质量比为(O. 64 3. 5) :(3· 5 6. 36)。6.一种超级电容器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤 (1)将聚偏氟乙烯溶于乙酸乙酯中,...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵强李冬威张红明李季王献红王佛松
申请(专利权)人:中国科学院长春应用化学研究所
类型:发明
国别省市:

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