[发明专利]超级电容器的电极及其制备方法、超级电容器

说明书

本发明提出了超级电容器的电极及其制备方法、超级电容器。该超级电容器的电极包括：电极极片，由碳材料形成；导电聚合物，通过电化学聚合原位生成在电极极片的表面，且形成导电聚合物的单体为带有至少两个取代基的含苯结构，并且，取代基为羟基或氨基。本发明所提出的超级电容器的电极，其导电聚合物的单体选择多官能度的芳香族化合物，如此，在电极极片表面原位电化学聚合而成的导电聚合物主链上的多个氨基或羟基，参与到电极表面的氧化还原过程，从而使电极的赝电容更高，进而使含有该电机的超级电容器的电压窗口更宽且库伦效率更高。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体的，本发明涉及超级电容器的电极及其制备方法、超级电容器。

背景技术

随着传统燃油汽车逐渐被电动汽车所代替，化石燃料也慢慢被可再生能源代替，其中，锂离子电池和超级电容器备受关注。虽然，锂离子电池的能量密度较高，但其功率密度和循环稳定性都远远低于超级电容器。而且，双电层超级电容器(EDLC)依靠电解液和电极材料之间物理吸脱附储能，其优点在于功率密度大、循环寿命长，且多用于大功率输出应用。然而在实际生活中，超级电容器由于能量密度较低，而常作为电池的备用电源使用。

现阶段商业化的超级电容器主要是基于多孔活性炭的有机系电容器，其能量密度大多在5～10Wh/Kg。而赝电容材料依靠可逆的氧化还原反应来实现充放电，理论上具有比活性炭或者石墨烯更高的双电层比电容。所以，开发新型的赝电容材料是通往高比能超级电容器的有效途径。此外，设计非对称超容器、提高电压窗口，也是进一步提高器件的能量密度的一个方法。

常见的赝电容材料主要有金属氧化物和导电聚合物。其中，金属氧化物(MnO₂，RuO₂，Ni(OH)₂等)的理论电容虽然大，但实际氧化还原反应主要是发生在电极活性物质材料表面或者近表面，而导致内部原子对储能无贡献，所以，实际的比电容远远小于理论电容，而且，金属氧化物还存在导电性差和循环稳定性差等缺点。

目前，聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)是被用于超级电容器的两种最常见的有机电极材料。但是，这些导电聚合物物在反复充放电的过程中会发生结构坍塌和形貌改变，导致循环寿命短。且另一个缺点在于，这些导电聚合物在三电极体系中的电压窗口宽度都不超过1V。因此，需要开发出新型的有机电极材料，才能制备出长寿命高性能的超级电容器。

发明内容

本发明人在研究过程中，将涂覆有高比表面积的微孔碳粉或多孔碳材料的导电碳布或者碳纸，浸入溶有含氨基的芳香族有机小分子的酸性电解液中，在三电极电解池中将有机小分子单体进行电化学聚合，并沉积在多孔碳粉的纳米孔洞内与外表面上。利用这些导电聚合物/微孔活性炭或者导电聚合物/多孔碳的复合材料电极，采用稀硫酸电解液并组装成非对称超级电容器，其电压窗口达到1.6V以上，且得到具有高能量密度(50Wh/kg以上)、高功率密度和优异循环稳定性的赝电容式超级电容器。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种超级电容器的电极。

根据本发明的实施例，所述超级电容器的电极包括：电极极片，所述电极极片由碳材料形成；导电聚合物，所述导电聚合物通过电化学聚合原位生成在所述电极极片的表面，且形成所述导电聚合物的单体为带有至少两个取代基的含苯结构，并且，所述取代基为羟基或氨基。

发明人经过研究发现，本发明实施例的超级电容器的电极，其导电聚合物的单体选择多官能度的芳香族化合物，如此，在电极极片表面原位电化学聚合而成的导电聚合物主链上的多个氨基或羟基，参与到电极表面的氧化还原过程，从而使电极的赝电容更高，进而使含有该电机的超级电容器的电压窗口更宽且库伦效率更高。

另外，根据本发明上述实施例的超级电容器的电极，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述含苯结构包括苯环、萘环、二苯醚、二苯胺和联苯。