CN101017736A - 一种聚苯胺/炭混合型超级电容器 - Google Patents

一种聚苯胺/炭混合型超级电容器 Download PDF

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张治安
卢海
赖延清
李晶
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Abstract

本发明公开了一种聚苯胺/炭混合型超级电容器，其包括正极、电解液和负极，所述正极为锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维材料或其与炭材料的复合材料制备的电极，所述电解液为有机电解液，所述负极为采用炭材料制备的电极。与现有聚苯胺/炭混合型超级电容器相比，本发明聚苯胺/炭混合型超级电容器在保持优良功率特性的同时，具有更高的能量密度。

Description

一种聚苯胺/炭混合型超级电容器
技术领域
本发明涉及一种超级电容器，尤其是涉及一种聚苯胺/炭混合型超级电容器。
背景技术
超级电容器按所使用的电极可分为对称型与非对称型两种，其中后者又可称为混合型超级电容器，它的正负电极材料不同，两个电极储能机理也不同。这种混合型超级电容器在保证有足够输出功率的同时，又能使电容器的能量密度较对称型有所提升。现有混合型超级电容器多为氧化物/炭和聚合物/炭两种体系，其中聚苯胺/炭混合型超级电容器结合了聚苯胺(PANI)比能量高和炭材料导电性与循环稳定性好的优点，同时两者的协同作用又可以有效改善器件的储能特性(如工作电压得到提高等)。如CN1529334A公开的聚苯胺/碳纳米管混杂型超电容器，与聚苯胺对称型超级电容器和碳纳米管对称型超级电容器相比，比能量与比功率均得到一定程度的提高。然而现有的聚苯胺/炭混合型超级电容器比能量仍偏低，所以能量密度尚欠理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量密度更高的聚苯胺/炭混合型超级电容器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：其包括正极、电解液和负极，所述正极为采用锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维或锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与炭材料的复合材料制备的电极，所述电解液为有机电解液，所述负极为采用炭材料制备的电极。
所述锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与炭材料的复合材料中的炭材料为碳纳米管、活性炭、碳纳米纤维、炭气凝胶、乙炔黑、纳米碳黑中的至少一种，炭材料的质量百分比含量≤40％。
所述负极炭材料为碳纳米管、活性炭、碳纤维布、碳纳米纤维、炭气凝胶、乙炔黑、纳米碳黑中的至少一种。
所述电解液是以LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、(C2H5)4NPF6、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NCF3SO3、(C4H9)4NPF6、(C4H9)4NBF4、(C4H9)4NClO4、(C4H9)4NCF3SO3中的至少一种为电解质，以碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙腈中的至少一种为溶剂。
本发明所采用的锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维材料可以是利用模板法、界面聚合法、乳液聚合法、静电位法、动电位法等各种化学、电化学方法或其他物理方法制备的聚苯胺纳米纤维材料再依次用碱液和锂盐溶液处理后得到的。
由于聚苯胺纳米纤维材料具有的良好孔隙结构和高比表面积等特点，有利于电解液的浸入和充放电过程中离子的嵌入/脱出，因而更适宜作超级电容器电极材料。另外，在有机电解液体系下，锂盐掺杂态聚苯胺材料比无机酸(如HCl)掺杂态聚苯胺具有更好的电化学行为和更高的比电容值。所以，与现有的聚苯胺/炭混合超级电容器相比，本发明之混合电容器在保持优良功率特性的同时，具有更高的能量密度。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明，但不得将这些实施例解释为对本发明保护范围的限制。
实施例1
正极为采用锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维单组分制备的电极，电解液为1mol/L LiPF6EC/DEC/DMC(EC/DEC/DMC＝1体积比)溶液，负极为活性炭电极。
制备：(1)将锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维、纳米碳黑(导电剂)、PVDF(粘结剂)在滴加NMP(N-甲基吡咯烷酮)的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得聚苯胺电极；(2)将活性炭、纳米碳黑(导电剂)、PVDF(粘结剂)在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得活性炭电极；(3)以上述制得的聚苯胺电极、活性炭电极分别作为正负极，以1mol/L LiPF6EC/DEC/DMC(EC/DEC/DMC＝1体积比)溶液作为电解液，以Celgard2300微孔膜作为隔膜，在氩气保护气氛下组装成三明治叠片形式的混合型超级电容器。所得电容器的能量密度达7.1Wh/kg。
实施例2
正极为采用锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维单组分制备的电极，电解液为1mol/L LiBF4EC/DEC(EC/DEC＝1体积比)溶液，负极为碳纳米管电极。
制备：(1)将锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得聚苯胺电极；(2)将碳纳米管、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得碳纳米管电极；(3)以上述制得的聚苯胺电极、碳纳米管电极分别作为正负极，以1mol/LLiBF4EC/DEC(EC/DEC＝1体积比)溶液作为电解液，以Celgard2300微孔膜作为隔膜，在氩气保护气氛下组装成三明治叠片形式的混合型超级电容器。所得电容器的能量密度达6.5Wh/kg。
实施例3
正极为采用锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与碳纳米管的复合材料制备的电极，电解液为1mol/L Et4NBF4/PC溶液，负极为碳纳米纤维电极。
制备：(1)将锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与碳纳米管的复合材料(碳纳米管质量百分数为30％)、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得聚苯胺电极；(2)将碳纳米纤维、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得碳纳米纤维电极；(3)以上述制得的聚苯胺电极、碳纳米纤维电极分别作为正负极，以1mol/L Et4NBF4/PC溶液作为电解液，以Celgard2300微孔膜作为隔膜，在氩气保护气氛下组装成三明治叠片形式的混合型超级电容器。所得电容器的能量密度达6.9Wh/kg。
实施例4
正极为采用锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与乙炔黑的复合材料制备的电极，电解液为1mol/L Et4NBF4/AN溶液，负极为活性炭电极。
制备：(1)将锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与乙炔黑的复合材料(乙炔黑质量百分数为20％)、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属箔片上，压制后，真空干燥，制得聚苯胺电极；(2)将活性炭、纳米碳黑、PVDF在滴加NMP的条件下以8∶1∶1的质量比混合均匀，涂于金属铝箔片上，压制后，真空干燥，制得活性炭电极；(3)以上述制得的聚苯胺电极、活性炭电极分别作为正负极，以1mol/L Et4NBF4/AN溶液作为电解液，以Celgard2300微孔膜作为隔膜，在氩气保护气氛下组装成三明治叠片形式的混合型超级电容器。所得电容器的能量密度达6.8Wh/kg。

Claims (5)

1.一种聚苯胺/炭混合型超级电容器，包括正极、电解液和负极，其特征在于：所述正极为锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维材料或其与炭材料的复合材料制备的电极，所述电解液为有机电解液，所述负极为采用炭材料制备的电极。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺/炭混合型超级电容器，其特征在于：所述锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与炭材料的复合材料中，炭材料的质量百分比含量≤40％。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯胺/炭混合型超级电容器，其特征在于：所述锂盐掺杂态聚苯胺纳米纤维与炭材料的复合材料中的炭材料为碳纳米管、活性炭、碳纳米纤维、炭气凝胶、乙炔黑、纳米碳黑中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的聚苯胺/炭混合型超级电容器，其特征在于：所述负极炭材料为碳纳米管、活性炭、碳纤维布、碳纳米纤维、炭气凝胶、乙炔黑、纳米碳黑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚苯胺/炭混合型超级电容器，其特征在于：所述有机电解液是以LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、(C2H5)4NPF6、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NCF3SO3、(C4H9)4NPF6、(C4H9)4NBF4、(C4H9)4NClO4、(C4H9)4NCF3SO3中的至少一种为电解质，以碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙腈中的至少一种为溶剂。
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