CN113436892B - 一种基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于MoS2‑PANI的固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，芯包密封设置在外壳内，芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔，阳极箔和阴极箔之间形成有固态电解质，固态电解质包括MoS2‑PANI复合材料和高分子导电聚合物；MoS2‑PANI复合材料和高分子导电聚合物混合均匀后在阳极箔和阴极箔之间成膜形成固态电解质。在本发明中，通过一步水热法将PANI嵌入到MoS2的中间层中；PANI和MoS2之间的相互作用使得它们的异质界面充分并且紧密的接触。MoS2‑PANI复合材料的独特形态和相结构有利于改善电子的转移，并且由于MoS2对PANI的支撑，使得电容器的充放电循环性能得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态铝电解电容器，尤其涉及一种内阻小，并且循环性能好的基于 MoS2-PANI的固态铝电解电容器及制备方法。
背景技术
为了获得高性能的电容器，聚苯铵被广泛的运用在超级电容器和固态铝电解电容器中，由于聚苯铵易于制备，并且制备的成本低，被认为是电极材料或者高分子导电材料的首选。然而由于聚苯铵在电容器的充放电循环中体积变化的原因，导致电容器的电容量迅速降低，使得聚苯铵的运用受到限制；另一方面，通过化学聚合法合成的PANI易于聚集，导致聚苯铵的活性位点损失。这两个缺点极大地破坏了聚苯铵的潜力，严重阻碍了其实际应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比电容高，并且循环性能好的基于MoS2-PANI的电极材料、电容器及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，所述芯包密封设置在外壳内，所述芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔，所述阳极箔和阴极箔之间形成有固态电解质，所述固态电解质包括MoS2-PANI复合材料和高分子导电聚合物；所述MoS2-PANI复合材料和高分子导电聚合物混合均匀后在阳极箔和阴极箔之间成膜形成固态电解质。
上述的基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器，优选的，所述高分子导电聚合物包括PEDOT及其衍生物或者PANI及其衍生物。
上述的基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器，优选的，所述MoS2-PANI复合材料通过一步水热法制作而成；MoS2-PANI复合材料的制备步骤包括：1)将苯胺单体和(NH4)6Mo7O24·4H2O添加到NH4HCO3溶液中，搅拌均匀；所述苯胺和(NH4)6Mo7O24·4H2O的重量比为1：5-1:10；所述NH4HCO3溶液的浓度为0.4-0.8mol/L；
2)将CH3CSNH2、过硫酸铵和HCl溶液加入到步骤1)的混合溶液中，并且搅拌均匀；所述苯胺与CH3CSNH2的重量比为1:8-1:12；所述苯胺与过硫酸铵的重量比为1：3；所述HCl溶液的浓度为1mol/L；
3)将步骤2)的混合溶液加入到高压釜中，在150-250℃的温度下反应10小时以上；
4)将步骤3)的材料冷却到室温，离心分离，清洗后在室温-70摄氏度的温度下干燥；得到产物。
一种基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤,
1)MoS2-PANI复合材料的制备；
①将苯胺单体和(NH4)6Mo7O24·4H2O添加到NH4HCO3溶液中，搅拌均匀；所述苯胺和(NH4) 6Mo7O24·4H2O的重量比为1：5-1:10；所述NH4HCO3溶液的浓度为0.4-0.8mol/L；
②将CH3CSNH2、过硫酸铵和HCl溶液加入到步骤1)的混合溶液中，并且搅拌均匀；所述苯胺与CH3CSNH2的重量比为1:8-1:12；所述苯胺与过硫酸铵的重量比为1：3；所述HCl溶液的浓度为1mol/L；
③将步骤2)的混合溶液加入到高压釜中，在150-250℃的温度下反应10小时以上；
④将步骤3)的材料冷却到室温，离心分离，清洗后在室温-70摄氏度的温度下干燥；得到产物；
2)将步骤1)得到的MoS2-PANI复合材料分散均匀在高分子导电聚合物的分散液中，得到混合浆料；
3)将芯包含浸步骤2)得到的混合浆料；烘干后在芯包内形成高分子导电聚合物薄膜。
上述的基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤2)中的溶剂中添加有PEDOT及其衍生物或者PANI及其衍生物。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，通过一步水热法将PANI嵌入到MoS2的中间层中；PANI和MoS2之间的相互作用使得它们的异质界面充分并且紧密的接触。MoS2-PANI复合材料的独特形态和相结构有利于改善电子的转移，并且由于MoS2对PANI 的支撑，使得电容器的充放电循环性能得到提高。
附图说明
图1为实施例2中MoS2-PANI复合材料在正极片上的SEM图像。
图2为图1的SEM图像放大后的图像.
图3为实施例2中MoS2-PANI复合材料在正极片上的TEM图像。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种固态铝电解电容器，其包括阳极、电解纸和阴极，在本实施例中，正极、电解纸和负极卷绕成芯包，芯包上含浸并且形成有高分子导电聚合物薄膜，高分子导电聚合物为混合有MoS2-PANI复合材料的聚苯铵；MoS2-PANI复合材料和聚苯铵的重量比为 1:2。
在本实施例中，因为聚苯铵中混合有MoS2-PANI复合材料，所以在进行含浸的时候采用真空含浸或者加热含浸。混合到聚苯铵中的MoS2-PANI复合材料的粒径小于500nm。
本实施例中，MoS2-PANI复合材料通过一步水热法制作而成；MoS2-PANI复合材料的制备步骤包括：1)将苯胺单体和(NH4)6Mo7O24·4H2O添加到NH4HCO3溶液中，搅拌均匀；所述苯胺和(NH4)6Mo7O24·4H2O的重量比为1：5-1:10；所述NH4HCO3溶液的浓度为0.4-0.8 mol/L。
2)将CH3CSNH2、过硫酸铵和HCl溶液加入到步骤1)的混合溶液中，并且搅拌均匀；苯胺与CH3CSNH2的重量比为1:8-1:12；所述苯胺与过硫酸铵的重量比为1：3；HCl溶液的浓度为1mol/L。
3)将步骤2)的混合溶液加入到高压釜中，在150-250℃的温度下反应10小时以上。
4)将步骤3)的材料冷却到室温，离心分离，清洗后在室温-70摄氏度的温度下干燥；得到产物。
本实施例中，筛选粒径小于500nm的MoS2-PANI复合材料，将其添加到聚苯铵的分散液中，混合均匀后，作为含浸液，使得芯包含浸。
在本实施例中，芯包含浸，烘干，组立后得到固态铝电解电容器。作为对比，设置对比例1，对比例1中含浸液仅为聚苯铵的分散液。经过对比发现本实施例与对比例1的电容量差不多，但是本实施例和对比例1进行10000次浪涌测试后，本实施例的电容量保持率在86.3％，而对比例的电容量保持率仅为75.1％。
实施例2
在本实施例中，芯包正极、电解纸和负极折叠成芯包，在折叠之前先将MoS2-PANI复合材料混合聚苯铵溶液后形成浆料，然后将浆料涂覆在正极上，烘干；当折叠成芯包后，芯包再含浸少量的聚苯铵分散液。本实施例的其他部分与实施例1相同，但是本实施例的固态铝电解电容器经过10000次浪涌测试后，电容量保持率比实施例1略低为83.6％。
在本实施例中，图1为MoS2-PANI复合材料在正极片上的SEM图像，图2为图1放大后的SEM图像。图3为MoS2-PANI复合材料在正极片上的TEM图像。从图2和图3中可以看出，PANI填充了MoS2纳米片的间隙(虚线圆圈)，可以有效观察到MoS2纳米片中存在类似石墨烯的晶格条纹和面内晶格缺陷(虚线圆)，从而提高电导率。我们看到PANI填充到了MoS2纳米片的间隙中，在充放电循环中，MoS2反过来限制了PANI的膨胀，从而提高了固态铝电解电容器的循环性能。
Claims (3)
1.一种基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，所述芯包密封设置在外壳内，其特征在于：所述芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔，所述阳极箔和阴极箔之间形成有固态电解质，所述固态电解质包括MoS2-PANI复合材料和高分子导电聚合物；所述MoS2-PANI复合材料和高分子导电聚合物混合均匀后在阳极箔和阴极箔之间成膜形成固态电解质；
所述高分子导电聚合物包括PEDOT及其衍生物或者PANI及其衍生物；
所述MoS2-PANI复合材料通过一步水热法制作而成；MoS2-PANI复合材料的制备步骤包括：1）将苯胺单体和（NH4）6Mo7O24·4H2O添加到NH4HCO3溶液中，搅拌均匀；所述苯胺和（NH4）6Mo7O24·4H2O的重量比为1：5-1:10；所述NH4HCO3溶液的浓度为0.4-0.8 mol / L；
2）将CH3CSNH2、过硫酸铵和HCl溶液加入到步骤1）的混合溶液中，并且搅拌均匀；所述苯胺与CH3CSNH2的重量比为1:8-1:12；所述苯胺与过硫酸铵的重量比为1：3；所述HCl溶液的浓度为1 mol / L；
3）将步骤2）的混合溶液加入到高压釜中，在150-250℃的温度下反应10小时以上；
4）将步骤3）的材料冷却到室温，离心分离，清洗后在室温-70摄氏度的温度下干燥；得到产物。
2.一种如权利要求1所述的基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤,
1）MoS2-PANI复合材料的制备；
2）将步骤1）得到的MoS2-PANI复合材料分散均匀在高分子导电聚合物的分散液中，得到混合浆料；
3）将芯包含浸步骤2）得到的混合浆料；烘干后在芯包内形成高分子导电聚合物薄膜。
3.根据权利要求2所述的基于MoS2-PANI的固态铝电解电容器的制备方法，，其特征在于：所述步骤2）中的溶剂中添加有PEDOT及其衍生物或者PANI及其衍生物。
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