[发明专利]有机高分子超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及将工程塑料聚酰亚胺应用于超级电容器电极材料的技术。

背景技术

[0002] 超级电容器由于具有传统电池无法比拟的高功率密度、长循环寿命和无污染等特点，有希望成为本世纪新型的绿色电源。电极材料是超级电容器最为关键的部分，也是决定其性能的主要因素，因此开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究中最核心的课题。

    有机电极材料通常可以直接或间接的通过普通物质来合成，是Armand等最近提出来的可以解决资源问题和环境问题的关键技术。导电聚合物是一类重要的超级电容器有机电极材料。近年来，通过大量先进的合成技术的实施，导电聚合物及其复合物的电化学性能得到了较大的提升，其中聚苯胺和聚吡咯等有机电极材料已经逐步实现商业化。

聚酰亚胺是一类重要但很常规的工程塑料，由于其高度绝缘性，很少用于电极材料。然而，聚酰亚胺属于芳酰基化合物，可以进行可逆的电化学氧化与还原。它含有的可发生快速可逆氧化还原反应的电化学活性中心酰胺基团和可以稳定反应产物的骨架结构，具有应用于超级电容器进行能量的储存与转换的基本条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机高分子超级电容器电极材料及其制备方法。

本发明是有机高分子超级电容器电极材料及其制备方法，其电极材料的成分为具有多种骨架结构的导电纳米铜粉掺杂的聚酰亚胺；纳米铜粉的粒径在1-100 nm之间；电极比容量在5 mA/cm²的电流密度下为57~80 F/g。

有机高分子超级电容电极材料的的制备方法，其步骤为：

（1）溶液A的制备：将二元酸酐与二胺按照摩尔比1~2∶1~2的比例溶于有机溶剂中得到A溶液；

（2）溶液B的制备：将纳米铜粉按照0.005~0.01 mol比50 ml的比例分散于有机溶剂中，并经过30 min搅拌、超声得到溶液B；

（3）然后将溶液A和溶液B快速混合，超声30 min，在搅拌条件，在有机溶剂中回流反应6~8 h，反应温度为200~210 oC；得到的产物经过滤、乙醇洗涤，在烘箱中120 ℃干燥10~12 h得到纳米铜掺杂的聚酰胺酸；

（4）将步骤（3）得到的聚酰胺酸在惰性气体保护下，300~320 ℃热处理6 ~8 h得到粉末状黄色纳米铜掺杂的聚酰亚胺电极材料。

 本发明的有益之处是将一种工程塑料聚酰亚胺应用于超级电容器，可望制得廉价、综合性能优良、绿色环保的有机电极材料。

将制备所得的电极材料进行电化学测试：将活性物质/导电石墨 = 6:4的比例压在不锈钢网，再将压好的片在60 ℃干燥10~12 h后，在酸性电解质中用三电极体系测其电化学性能。

将这种纳米铜掺杂聚酰亚胺制得的有机电极材料，在酸性电解质中用三电极体系测其循环伏安曲线，在5 mV/s 的扫描速率下，在0.31 V电位处有氧化峰，在0.22电位处有还原峰，说明此电极材料是比较典型的赝电容储能。从5 mA/cm²电流密度下的恒流充放电曲线得出其比电容为57~80 F/g。

附图说明

图1是按照本发明，实施例1所得到的粉末状纳米铜掺杂的聚酰亚胺的电化学循环伏安曲线，图中横坐标是电压，单位是伏特，纵坐标是电流，单位是安培；图2是本发明实施例1所得到的粉末状纳米铜掺杂的聚酰亚胺的恒流充放电曲线，图中横坐标是时间，单位是秒，纵坐标是电压，单位是伏特。 

具体实施方式

 

本发明是有机高分子超级电容器电极材料及其制备方法，其电极材料的成分为具有多种骨架结构的导电纳米铜粉掺杂的聚酰亚胺；纳米铜粉的粒径在1-100 nm之间；电极比容量在5 mA/cm²的电流密度下为57~80 F/g。

有机高分子超级电容电极材料的的制备方法，其步骤为：

（1）溶液A的制备：将二元酸酐与二胺按照摩尔比1~2∶1~2的比例溶于有机溶剂中得到A溶液；

（2）溶液B的制备：将纳米铜粉按照0.005~0.01 mol比50 ml的比例分散于有机溶剂中，并经过30 min搅拌、超声得到溶液B；

（3）然后将溶液A和溶液B快速混合，超声30 min，在搅拌条件，在有机溶剂中回流反应6~8 h，反应温度为200~210 oC；得到的产物经过滤、乙醇洗涤，在烘箱中120 ℃干燥10~12 h得到纳米铜掺杂的聚酰胺酸；