一种纳米缆连接的三元复合电极材料的制备方法，以含氟苯胺和苯胺为聚合单体，加入氧化剂，在酸的水溶液中进行聚合反应，经沉析、洗涤、干燥，得苯胺和含氟苯胺聚合物；将苯胺和含氟苯胺聚合物溶解于溶剂中配制成纺丝前驱体，进行高压静电纺丝后，真空干燥，得苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维；将氧化石墨、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维和可溶性金属盐均匀分散于醇的水溶液中，水热条件下反应，用去离子水和乙醇洗涤，制得石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料。该三元复合电极材料具有良好的功率特性稳定性好，作为超级电容器循环使用寿命长，储能功率密度高。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，以含氟苯胺和苯胺为聚合单体，加入氧化剂，在酸的水溶液中进行聚合反应，经沉析、洗涤、干燥，得苯胺和含氟苯胺聚合物；将苯胺和含氟苯胺聚合物溶解于溶剂中配制成纺丝前驱体，进行高压静电纺丝后，真空干燥，得苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维；将氧化石墨、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维和可溶性金属盐均匀分散于醇的水溶液中，水热条件下反应，用去离子水和乙醇洗涤，制得石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料。该三元复合电极材料具有良好的功率特性稳定性好，作为超级电容器循环使用寿命长，储能功率密度高。【专利说明】
本专利技术属于纳米电极材料领域，特别涉及。
技术介绍
双电层超级电容器具有功率性能好、循环寿命长及工作温度范围宽等特点。然而，双电层超级电容器能量密度低的缺陷制约其在诸如电动汽车、光伏及风力发电等动力电源方面应用。利用多孔材料与赝电容材料通过共混、原位负载等方法进行复合，将双电层电容与法拉第电容结合，可以有效提高超级电容器的能量密度。以活性炭、炭纳米管和活性碳纤维为载体负载赝电容材料制备复合电极材料，存在负载率不高、孔径容易被负载粒子堵塞和复合材料粒子间存在较大的界面阻抗等问题，阻碍了其能量密度的提高，降低了超级电容器高功率密度特性。石墨烯具有开放的二维平面、良好的导电性和高比表面积等特性使其成为一种理想的电极材料，以其为载体制备超级电容器用复合电极材料既可以提高能量密度又可以保持其功率特性。CN101527202 A公开了一种氧化石墨烯/聚苯胺超级电容器复合电极材料及其制备方法、用途，该方法以氧化石墨为载体，在酸性水溶液中利用氧化还原法在其表面沉积聚苯胺，制备超级电容器用复合电极材料的方法。但这种方法制备的复合材料由于氧化石墨中含有大量的羟基、羰 基等含氧基团的稳定性较差，导致氧化石墨烯/聚苯胺复合材料电极超级电容器的循环使用寿命低。CN103013056 A公开了一种石墨烯/MnO2/共轭聚合物复合材料及其制备方法和应用，但该方法制备的复合材料团聚严重，电解液的润湿和导电离子的迁移都受到阻碍，因而内阻较高。CN102942788 A公开了一种三元纳米复合材料的制备方法及其应用，该方法以分子筛为载体负载石墨烯和聚苯胺得到石墨烯/聚苯胺/分子筛三元复合材料。但该方法制备的复合材料所采用的分子筛导电性差，因此该三元复合材料电极超级电容器的功率性能较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供，该三元复合电极材料具有良好的功率特性稳定性好，作为超级电容器循环使用寿命长储能功率密度高。本专利技术的技术解决方案是: ，其具体步骤是: 1、苯胺和含氟苯胺聚合物的制备以含氟苯胺和苯胺为聚合单体，所述的含氟苯胺为邻氟苯胺、间氟苯胺、对氟苯胺、3，4- 二氟苯胺、2，5- 二氟苯胺、2，3- 二氟苯胺、2，4- 二氟苯胺、3，5- 二氟苯胺、2，6- 二氟苯胺、2，3，4-三氟苯胺、3，4，5-三氟苯胺、五氟苯胺、2-溴-4-氟苯胺、2-溴-5-氟苯胺、4-溴-2-氟苯胺、5-溴-2-氟苯胺、4-溴-3-氟苯胺、3-氯-4-氟苯胺、2，5- 二溴-4-氟苯胺、3，5- 二氯-2，4- 二氟苯胺、对三氟甲基苯胺中的一种或多种；其中，苯胺与含氟苯胺的摩尔比为1:0.5~1:2，以过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、三氯化铁、三氧化铬、重铬酸钾、高锰酸钾中的一种为氧化剂，所述氧化剂与聚合单体的摩尔比为1:0.5~1:2，在酸的水溶液中进行聚合反应，所述酸为樟脑磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、乙酸、高氯酸中的一种，所述聚合单体与酸的摩尔比为1:1~1:10，反应温度为0°C~50°C，反应时间Ih~24h，将聚合反应产物沉析于聚合反应产物5倍~10倍体积的丙酮中，将沉析物用稀盐酸和丙酮洗涤，直到滤液澄清为止，将洗涤后的沉析物在40°C~80°C下真空干燥6h~24h,得苯胺和含氟苯胺聚合物； 2、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维的制备 将苯胺和含氟苯胺聚合物溶解于溶剂中配制成质量百分比浓度为5.0%~15.0%的纺丝前驱体，所述的溶剂为％ 二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、浓硫酸、乙酸中的一种，在10.0kV~30.0kV电压下进行高压静电纺丝后，其中，纺丝间距为10.0cm~20.0cm,在40°C~80°C下真空干燥6h~24h,得苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维； 3、石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料的制备 将氧化石墨、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维和可溶性金属盐均匀分散于醇的水溶液中，所述的可溶性金属盐为氯化钌、醋酸锰、乙酸钴、醋酸镍、乙酸锌、硫酸亚锡、硫酸氧钛、氯化砷、偏钒酸铵中的至少一种，所述醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇中至少一种，得到氧化石墨含量0.lmg/mL~2.0mg/mL、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维含量l.0mg/mL~5.0mg/mL和金属离子含量为0.1mmo I/mL~10.0mmo I/mL的氧化石墨-苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维-金属离子混合溶液；在IOkHz~IOOkHz的频率超声波下分散Ih~5h，得到氧化石墨-苯胺和邻氟苯胺聚合物电纺纤维-金属离子分散液；在120°C~200°C的水热条件下，反应6h~48h，将反应产物用去离子水和乙醇洗涤，直到滤液澄清为止，将洗涤的反应产物在40°C~80°C下真空干燥6h~24h，制得石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料。所述酸的水溶液的浓度为0.lmol/L~1.0moI/L0所述醇的水溶液中水与醇质量比为1:0.1~1:10。本专利技术的有益效果是: 1、氟苯胺与苯胺共聚而成的含氟苯胺聚合物在有机溶剂中有良好的溶解性，有利于含氟苯胺聚合物电纺纤维的制备，同时氟离子的引入也提高了含氟苯胺聚合物的电化学稳定性。2、通过超声波分散，氧化石墨被均匀分散，同时苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维也被超声波破碎、分散成单分散的纳米纤维；由于氧化石墨表面含有大量的含氧官能团，可以与苯胺和含氟苯胺聚合物中残留的端氨基发生一定的作用，使纳米纤维吸附于氧化石墨的表面，并且部分金属离子也被含氧官能团和端氨基的吸附、络合于氧化石墨片状表面以及纳米纤维表面。3、氧化石墨在水热条件下被还原为石墨烯，同时在氧化石墨以及苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维表面官能团的作用下，可溶性金属盐在苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维及石墨烯表面水解、沉积、成核和生长，从而得到石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料。4、石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料既具有双电层储能高功率密度特性，又具有赝电容材料的高能量密度特性，因此，可以用于大容量功率型动力电源使用。5、石墨烯以及苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维作载体可以有效防止沉积在其表面的金属纳米粒子团聚、提高金属纳米粒子的导电性；石墨烯-金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物-金属氧化物纳米缆复合材料片层间提供良好的导电性；石墨烯层内超导特性和层间适宜的孔隙率，可以使复合单元各组分间保持导电良好、离子通道畅通和形成丰富的双本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米缆连接的三元复合电极材料的制备方法，其特征是：具体步骤是：1.1、苯胺和含氟苯胺聚合物的制备以含氟苯胺和苯胺为聚合单体，所述含氟苯胺为邻氟苯胺、间氟苯胺、对氟苯胺、3,4‑二氟苯胺、2,5‑二氟苯胺、2,3‑二氟苯胺、2,4‑二氟苯胺、3,5‑二氟苯胺、2,6‑二氟苯胺、2,3,4‑三氟苯胺、3,4,5‑三氟苯胺、五氟苯胺、2‑溴‑4‑氟苯胺、2‑溴‑5‑氟苯胺、4‑溴‑2‑氟苯胺、5‑溴‑2‑氟苯胺、4‑溴‑3‑氟苯胺、3‑氯‑4‑氟苯胺、2,5‑二溴‑4‑氟苯胺、3，5‑二氯‑2,4‑二氟苯胺、对三氟甲基苯胺中的一种或多种；其中，苯胺与含氟苯胺的摩尔比为1:0.5～1:2，以过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、三氯化铁、三氧化铬、重铬酸钾、高锰酸钾中的一种为氧化剂，所述氧化剂与聚合单体的摩尔比为1:0.5～1:2，在酸的水溶液中进行聚合反应，所述酸为樟脑磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、乙酸、高氯酸中的一种，所述聚合单体与酸的摩尔比为1:1～1:10，反应温度为0℃～50℃，反应时间1h～24h，将聚合反应产物沉析于聚合反应产物5倍～10倍体积的丙酮中，将沉析物用稀盐酸和丙酮洗涤，直到滤液澄清为止，将洗涤后的沉析物在40℃～80℃下真空干燥6h～24h，得苯胺和含氟苯胺聚合物；1.2、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维的制备将苯胺和含氟苯胺聚合物溶解于溶剂中配制成质量百分比浓度为5.0%～15.0%的纺丝前驱体，所述溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、浓硫酸、乙酸中的一种，在10.0kV～30.0kV电压下进行高压静电纺丝后，其中，纺丝间距为10.0cm～20.0cm，在40℃～80℃下真空干燥6h～24h，得苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维；1.3、石墨烯‑金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物‑金属氧化物纳米缆复合材料的制备将氧化石墨、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维和可溶性金属盐均匀分散于醇的水溶液中，所述可溶性金属盐为氯化钌、醋酸锰、乙酸钴、醋酸镍、乙酸锌、硫酸亚锡、硫酸氧钛、氯化砷、偏钒酸铵中的至少一种，所述醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇中至少一种，得到氧化石墨含量0.1mg/mL～2.0mg/mL、苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维含量1.0mg/mL～5.0mg/mL和金属离子含量为0.1mmol/mL～10.0mmol/mL的氧化石墨‑苯胺和含氟苯胺聚合物电纺纤维‑金属离子混合溶液；在10kHz～100kHz的频率超声波下分散1h～5h，得到氧化石墨‑苯胺和邻氟苯胺聚合物电纺纤维‑金属离子分散液；在120℃～200℃的水热条件下，反应6h～48h，将反应产物用去离子水和乙醇洗涤，直到滤液澄清为止，将洗涤的反应产物在40℃～80℃下真空干燥6h～24h，制得石墨烯‑金属氧化物纳米片以及苯胺和含氟苯胺聚合物‑金属氧化物纳米缆复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何铁石，杜微，张庆国，蔡克迪，蔡艳荣，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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