[发明专利]一种高性能不对称电容器的正负电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的制备领域，具体而言，涉及一种高性能不对称电容器 的正负电极材料及其制备方法。

背景技术

在新世纪，亟需高效、便利的储能设备来解决由能源紧缺以及人们对高品质生活 追求所造成的问题。因而像锂离子电池，超级电容器等二次电池，因其能量转化效率高，便 于携带，可多次重复利用而受到青睐。相比于锂离子电池，超级电容器却更被关注，因为其 拥有着更快的充放电速率，更长久的使用寿命，对环境更加友好。传统的双电层超级电容器 拥有着无可比拟的功率密度，几乎无尽的使用寿命在一些领域有着不可替代的作用，例如， 启动与制动。然而，因其主要依靠离子吸附的储能机理决定了其能量密度的不足，这也令其 应用受到限制。因而现如今，研究者主要将精力集中于另一种拥有更高能量密度的电容 器—赝电容器。赝电容器的电极材料主要依靠氧化还原反应机理储能，这带来了能量密度 的大幅度提升，不过也牺牲了功率密度，另外因为大部分这种电容器电极材料的导电性较 差，使这个缺陷更加明显。还有就是对称性的电容器工作电压窄，并且存在着对储能材料利 用率不高的问题，而不对称电容器，通过正极材料提高能量密度，负极材料保持功率密度， 在弥补缺陷的同时，尽可能保持自己的优势，并且结合了正负电极的电势窗口电压，使其适 用范围更广。

因而，利用简易方法快速制备一种高能量密度的正极材料，一种高功率密度的负 极材料是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能不对称电容器的正负电极材料及其制备方法。 该方法所用试剂便宜易得，操作简单，重复性良好。在对制得的正负极电极材料分别进行电 化学表征，以及组装成电容器之后的电化学表征中，均得到较好的电化学性能。

本发明是这样实现的，此方法首先获得均匀分散的GO/MWCNT溶液，然后再此基础 上通过原位聚合苯胺得到正极材料，KOH活化得到负极材料。具体步骤如下：

（1）GO/MWCNT混合溶液制备：将50-100mg质量比为3:2的GO/MWCNT混合物分散于50- 100mL去离子水中，经过6-24h搅拌，然后轻微超声促进均匀分散，并防止GO碎片化，而后 低速离心取澄清液，得到GO/MWCNT混合溶液；

（2）正极材料—PANI/GO/MWCNT三元复合材料制备：将在步骤（1）中得到的混合溶液中 加入0.05-0.1g非离子表面活性剂，搅拌使其溶解，得到基底溶液；然后将0.5-1mL苯胺单 体溶解于25-50mL1M硫酸中，缓慢加入基底溶液中得到生长溶液；称取1.25-2.5g过硫 酸铵溶解于25-50mL1M硫酸中，转移到分液漏斗中，以2-4滴每秒的速度加入到生长溶液 中，同时保持温度为0-5^OC，经过6-8h后，过滤，离心，干燥得到三元复合材料粉末。

（3）负极材料—KOH活化GO/MWCNT复合材料制备：将在步骤（1）中得到的混合溶液 中加入KOH固体，使GO/MWCNT从溶液中絮沉，经过过滤，干燥之后在混合KOH固体，而后在惰 性气体保护下分别对其在400^OC煅烧0.5-1h，800^OC煅烧2.5-4h，最后经过酸洗，水洗干 燥得到产物。

本发明中，GO/MWCNT为单层氧化石墨烯/多壁碳纳米管，PANI/GO/MWCNT为聚苯胺/ 单层氧化石墨烯/多壁碳纳米管。

本发明具有如下优点和积极效果：

1.通过单体吸附，而后原位生长，PANI（聚苯胺）在GO（单层氧化石墨烯）表面以纳米绒 毛状存在，不仅使其与GO吸附更牢靠，增强稳定性，而且增大了材料的整体比表面积；

2.引入MWCNT（多壁碳纳米管）解决还原GO易于团聚的问题，同时保证导电性，另外 MWCNT还可以穿插，桥接复合材料各个部分，得到一个一体化的结构；

3.就地取材，GO/MWCNT通过KOH絮沉，活化，既保证了混合效果均一，又不引入其它新的 杂质，而且相对于常用的普通碳电极，其表现出更加优异的电化学性能。

4.本方法简单易行，试剂易得，重现性好，且可以大规模生产。

附图说明

图1显示本发明正负极材料合成简易流程图；

图2显示本发明正极材料XRD图谱；

图3显示本发明正极材料XPS图谱；