一种碳基复合纤维电极材料、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种碳基复合纤维电极材料的一步法制备方法以及由该方法制备得到的碳基复合纤维电极材料。该电极材料含有导电聚合物和碳基材料，所述导电聚合物以导电聚合物纳米线的形式分布在所述碳基复合纤维材料内。所述导电聚合物纳米线的直径为40～100nm，导电聚合物纳米线的长度为1～10μm。本发明专利技术提供的制备方法工艺新颖、方法简洁，大大的简化了电极材料制备的步骤。本发明专利技术提供的碳基复合纤维电极材料具有较高的比表面积、优异的柔韧性，极大的提高了超级电容器的容量与机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基复合纤维电极材料、制备方法及其用途
本专利技术涉及一种碳基复合纤维电极材料的一步法制备，以及由该方法制备得到的碳基复合纤维电极材料及其在超级电容器中的应用。
技术介绍
碳纳米管具有优异的电学特性、极高的热传导率、良好的热稳定性和化学稳定性、高比表面积和低密度等，然而要想充分发挥碳纳米管的上述优越性能，必须将其组装成宏观结构，如纤维、丝带、薄膜等。传统的纤维成型技术主要有熔融纺丝、溶液纺丝和固相纺丝等，大部分合成纤维都是经由液相纺丝而成。然而碳纳米管由于其管壁内强大的SP2杂化键及管间的范德华力等作用，致使其具有高度的热稳定性，在通常的温度条件下不具有熔融态，故熔融纺丝技术不适用于碳纳米管的纺丝。当前已经发展的碳纳米管纤维成型技术主要基于溶液纺丝和固相纺丝。超级电容器，又称为双电层电容器，是一种具有高功率密度、高能量密度、宽温度使用范围和长循环寿命等优点的新型能量存储元件。根据原理的不同，可以分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器。双电层型超级电容器的电极材料主要以高比表面积的碳材料为主，依靠的是电极和电解液界面的电荷分离形成双电层来存储电荷。赝电容型超级电容器的电极材料则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳基复合纤维电极材料，其特征在于，所述电极材料含有导电聚合物和碳基材料，所述导电聚合物以导电聚合物纳米线的形式分布在所述碳基复合纤维电极材料内。

【技术特征摘要】
1.一种采用溶液纺丝装置制备碳基复合纤维电极材料的方法，其特征在于，所述装置包括凝固浴注射器(2)、纺丝液注射器(1)以及一端开口的圆柱形管(3)，所述圆柱形管(3)的侧壁开口和凝固浴注射器(2)的针头相连通，圆柱形管(3)靠近凝固浴注射器(2)的一端封闭，纺丝液注射器(1)的针头从封闭端面沿圆柱形管(3)的轴线插入圆柱形管(3)内，纺丝液注射器(1)的针头在圆柱形管(3)内的位置较凝固浴注射器(2)的针头的位置靠近圆柱形管(3)的封闭端面，所述圆柱形管(3)的开口处设有纤维卷绕装置(4)；所述碳基复合纤维电极材料含有导电聚合物和碳基材料，所述导电聚合物以导电聚合物纳米线的形式分布在所述碳基复合纤维电极材料内，所述方法包括如下步骤：(1)将导电聚合物单体、掺杂剂和氧化剂溶于水中，反应，待反应结束后，将反应液装入透析袋中，在水中透析，得到分散液1；(2)将碳基材料和表面活性剂分散于水中，超声，得到分散液2；(3)混合分散液1和分散液2，将得到的纺丝液注入所述纺丝液注射器(1)，将凝固浴注入所述凝固浴注射器(2)，推动所述凝固浴注射器(2)，使凝固浴覆盖所述纺丝液注射器(1)的针头后，推动所述纺丝液注射器(1)，使纺丝液注入所述圆柱形管(3)，纺丝液和凝固浴在所述圆柱形管(3)中流动，在凝固浴的作用下，形成纤维；(4)将所述纤维卷绕装置(4)接收到的纤维洗涤，去除残余的凝固浴和表面活性剂，得到碳基复合纤维电极材料；所述导电聚合物为聚苯胺；步骤(1)将导电聚合物单体、掺杂剂和氧化剂溶于水形成的溶液中，导电聚合物单体的浓度为0.05～0.5mol/L，所述掺杂剂的浓度为0.1～2mol/L，所述氧化剂的浓度为0.005～1.5mol/L；所述反应的温度为10～50℃，所述反应的时间为1～10h；步骤(3)所述纺丝液中碳基材料的浓度为0.1～8mg/mL；步骤(3)所述纺丝液中表面活性剂的浓度为0.1～8mg/mL，步骤(3)所述纺丝液中导电聚合物的浓度为0.4～15mg/mL，所述凝固浴中凝固剂的浓度为0.01～1g/mL，纺丝液的注入速度为0.05～5mL/h，所述凝固浴的注入速度为5～100mL/h。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆柱形管(3)开口处的下方设有凝固浴废液接收装置(5)。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述导电聚合物纳米线的含量为5～95重量％。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述导电聚合物纳米线的含量为10～80重量％。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述导电聚合物纳米线的含量为10～50重量％。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述碳基材料的含量为5～95重量％。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述碳基材料的含量为20～90重量％。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，以碳基复合纤维电极材料的总重量为100重量％，所述碳基材料的含量为50～90重量％。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的直径为10～200nm。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的直径为10～150nm。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的直径为50～100nm。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的长度为0.5～10μm。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的长度为1～10μm。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的长度为1.5～8μm。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物纳米线的直径为50～100nm，导电聚合物纳米线的长度为1～6μm。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳基材料为直径为0.1～3nm，长度为5～30μm的管状材料。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳基材料选自碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、碳纸或碳布中的任意一种或者至少两种的混合物。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述碳基材料为碳纳米管。19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂剂选自硫酸、高氯酸、盐酸、对甲苯磺酸或樟脑磺酸中的任意一种或者至少两种的混合物。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述掺杂剂选自盐酸或/和高氯酸。21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志祥，孟庆海，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：