[发明专利]一种导电高聚物基复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种导电高聚物基复合电极材料的制备方法，涉及储能电极材料技术领域。本发明提供的制备方法，分别以高含碳高聚物配制纺丝液；以十二烷基苯磺酸掺杂导电高聚物配制喷射液，其中十二烷基苯磺酸为掺杂剂、增稠剂和偶联剂；以钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸和乙醇为原料配制二氧化钛前驱体纺丝液，并将石墨烯加至高含碳高聚物纺丝液或十二烷基苯磺酸掺杂导电高聚物喷射液中的至少一种，采用静电喷射、静电纺丝技术，交替沉积制备复合膜，再经预氧化和碳化处理后制得导电高聚物基复合电极材料，通过工艺创新实现复合电极材料的产业化高效生产，且制得电极材料的电化学性能良好。

技术领域

本发明涉及储能电极材料技术领域，特别涉及一种导电高聚物基复合电极材料的制备方法。

背景技术

导电聚合物如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPY）、聚噻吩（PTH）等常用作法拉第赝电容器的电极材料，特别是PANI 具有原料成本低、易合成、氧化还原速率快、导电性能好、掺杂/去掺杂完全可逆等优点。由于PANI 的高氧化稳定性、相对较高的理论容量、易合成和电化学可逆性等特点，人们对PANI 的研究兴趣不断增加，同时PANI 还存在许多氧化还原态，但只有掺杂态翠绿亚胺式具有导电性能。尽管PANI 具有很多优点，在电化学器件中得到广泛应用， 但由于PANI 电荷存储的基本机理严重制约了其循环寿命，在充放电过程中，由于离子的嵌入/脱离引起的反复力学变化使PANI 发生严重结构退化，在其充放电过程中存在较大的界面电阻并出现机械稳定性差等缺陷，导致电化学性能较差，长期稳定性有限，电容急剧下降。为克服这些缺陷，人们选取PANI 与其它不同材料复合，如炭材料、金属氧化物复合来改善其缺陷，PANI 一般与其它材料炭结合形成二元和三元PANI 复合材料。如，碳材料/PANI 超级电容器电极材料，包括PANI/碳纳米管超级电容器电极材料，PANI/石墨烯超级电容器电极材料。

纳米TiO₂作为超级电容器电极材料，具有比表面积大、电化学性能好、化学稳定性好的优点，但存在电化学活性低、导电性差的缺陷。将纳米TiO₂与导电聚合物混合可改善纳米TiO₂导电性和导电聚合物电化学稳定性，从而提高复合材料电容。Chen 等采用加氢还原–电化学沉积相结合的方法制备了用于超级电容器的高电容性加氢还原二氧化钛纳米管（H-TiO₂NT）/ PANI， 与TiO₂ NT（0.42 mF/cm）相比，HTiO₂NT 具有更高的电容，使PANI 沉积在H-TiO₂上，H-TiO₂ NT/PANI 具有良好的电容、循环稳定性和高倍率性能。CN202010641252.8提供了一种高瞬时光电流纳米TiO₂/聚苯胺/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S₁、将石墨烯分散液、苯胺、H₂SO₄水溶液混匀，冰浴搅拌反应，过滤，洗涤滤饼，干燥得到聚苯胺/石墨烯材料；S₂、将钛源、乙醇、聚苯胺/石墨烯材料混匀，再加水混匀，升温并保温，然后离心得到沉淀物；将沉淀物加入HCl水溶液中混匀，进行水热反应，然后离心，洗涤沉淀，干燥得到高瞬时光电流纳米TiO₂/聚苯胺/石墨烯复合材料；CN202011511328.1公开了一种电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料的制备方法及其应用。步骤为：首先通过静电纺丝的方法制备了聚丙烯腈电纺膜，经过预氧化、氧化、石墨烯溶液浸泡、碳化等步骤，制备了电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯；然后通过原位聚合的方法在之前的基础上成功包覆聚苯胺；最后通过水热反应调控水热时间和浓度，得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术存在以下问题：