[发明专利]一种碳基聚苯胺复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于新能源器件电极领域，公开了一种碳基聚苯胺复合材料及其制备方法和应用。所述碳基聚苯胺复合材料是在惰性气氛下将羧基化的碳基材料和苯胺低聚体按照一定比例加入到有机溶剂中搅拌均匀，在30～80℃下加入催化剂脂肪酶进行反应，经过滤、洗涤、干燥制得碳基聚苯胺复合材料。本发明中碳基聚苯胺复合材料作为原电池或超级电容器电极具有高比表面积、大孔隙率、能量密度大、循环稳定性好、可耐一定温度，并且制备方法简单等特点，可应用在在超级电容器或二次电池领域中。

技术领域

本发明属于新能源器件电极领域，更具体地，涉及一种碳基聚苯胺复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二次电池材料和超级电容器是新能源领域两大重要方向。超级电容器可在短时间内实现快速充放电过程、循环稳定性好，但是自身低能量密度限制了发展和应用；作为二次电池的代表锂离子电池具有高的能量密度，能够释放较大的能量，但其充放电机制和过程限制了其在快速充放电方面的连续性。因此，能够找到一种既满足快速充放电又能够有巨大能量密度的电极是目前研究的热点。

以石墨烯为代表的碳基材料由于具有较大的空间结构和优良的光电性能已成功应用于二次电池材料电极，在一定程度上提高了二次电池材料的各种性能。聚苯胺材料作为一种导电高分子材料，近年来在超级电容器电极的应用也表现不俗。但两者皆未解决上述的关键问题。因此，考虑将两种材料结合起来发挥各自优势，形成一种更加高效使用的新型电极具有非常巨大的应用前景和潜力。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种碳基聚苯胺复合材料。该复合材料具有高的比表面积、大孔隙率、能量密度大、循环稳定性好、可耐一定温度(20～80℃)，是一种新型能源电极。

本发明的另一目的在于提供上述碳基聚苯胺复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述碳基聚苯胺复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种碳基聚苯胺复合材料，所述碳基聚苯胺复合材料是将羧基化碳基材料和苯胺低聚体加入到有机溶剂中搅拌均匀，并进行超声震荡；惰性气氛下在30～80℃下加入脂肪酶催化剂进行反应，经过滤、洗涤、干燥制得。

优选地，所述的惰性气氛为氮气、氩气或氦气。

优选地，所述的羧基化碳基材料中碳基材料为富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纳米角或石墨烯量子点中的一种以上。

优选地，所述的苯胺低聚体为苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体、苯胺六聚体、苯胺七聚体或苯胺八聚体。

优选地，所述的有机溶剂为乙醇、乙醚、丙酮、二氯甲烷、氯仿、二硫化碳、甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、苯甲酸或N-甲基吡咯烷酮中的一种以上。

优选地，所述的羧基化碳基材料与苯胺低聚体的质量比为(1～100)：1。

优选地，所述脂肪酶催化剂为苯胺低聚体质量的0.1～10wt％。

所述的碳基聚苯胺复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.带有羧基的碳基材料和苯胺低聚体加入到有机溶剂中搅拌均匀，并进行超声震荡，生苯胺低聚体-碳基材料混合溶液；

S2.惰性气体条件下，30～80℃下加入脂肪酶催化剂反应，搅拌，反应完成后用去离子水冲洗干净，真空干燥处理后，制得碳基聚苯胺复合材料。

所述的碳基聚苯胺复合材料在超级电容器或二次电池领域中的应用。

优选地，所述二次电池为锂离子电池、钠离子电池、锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池或铅蓄电池。