[发明专利]一种碳基复合纤维电极材料、制备方法及其用途

摘要

本发明涉及一种碳基复合纤维电极材料的一步法制备方法以及由该方法制备得到的碳基复合纤维电极材料。该电极材料含有导电聚合物和碳基材料，所述导电聚合物以导电聚合物纳米线的形式分布在所述碳基复合纤维材料内。所述导电聚合物纳米线的直径为40～100nm，导电聚合物纳米线的长度为1～10μm。本发明提供的制备方法工艺新颖、方法简洁，大大的简化了电极材料制备的步骤。本发明提供的碳基复合纤维电极材料具有较高的比表面积、优异的柔韧性，极大的提高了超级电容器的容量与机械性能。

主权项

一种采用溶液纺丝装置制备碳基复合纤维电极材料的方法，其特征在于，所述装置包括凝固浴注射器(2)、纺丝液注射器(1)以及一端开口的圆柱形管(3)，所述圆柱形管(3)的侧壁开口和凝固浴注射器(2)的针头相连通，圆柱形管(3)靠近凝固浴注射器(2)的一端封闭，纺丝液注射器(1)的针头从封闭端面沿圆柱形管(3)的轴线插入圆柱形管(3)内，纺丝液注射器(1)的针头在圆柱形管(3)内的位置较凝固浴注射器(2)的针头的位置靠近圆柱形管(3)的封闭端面，所述圆柱形管(3)的开口处设有纤维卷绕装置(4)；所述碳基复合纤维电极材料含有导电聚合物和碳基材料，所述导电聚合物以导电聚合物纳米线的形式分布在所述碳基复合纤维电极材料内，所述方法包括如下步骤：(1)将导电聚合物单体、掺杂剂和氧化剂溶于水中，反应，待反应结束后，将反应液装入透析袋中，在水中透析，得到分散液1；(2)将碳基材料和表面活性剂分散于水中，超声，得到分散液2；(3)混合分散液1和分散液2，将得到的纺丝液注入所述纺丝液注射器(1)，将凝固浴注入所述凝固浴注射器(2)，推动所述凝固浴注射器(2)，使凝固浴覆盖所述纺丝液注射器(1)的针头后，推动所述纺丝液注射器(1)，使纺丝液注入所述圆柱形管(3)，纺丝液和凝固浴在所述圆柱形管(3)中流动，在凝固浴的作用下，形成纤维；(4)将所述纤维卷绕装置(4)接收到的纤维洗涤，去除残余的凝固浴和表面活性剂，得到碳基复合纤维电极材料；所述导电聚合物为聚苯胺；步骤(1)将导电聚合物单体、掺杂剂和氧化剂溶于水形成的溶液中，导电聚合物单体的浓度为0.05～0.5mol/L，所述掺杂剂的浓度为0.1～2mol/L，所述氧化剂的浓度为0.005～1.5mol/L；所述反应的温度为10～50℃，所述反应的时间为1～10h；步骤(3)所述纺丝液中碳基材料的浓度为0.1～8mg/mL；步骤(3)所述纺丝液中表面活性剂的浓度为0.1～8mg/mL，步骤(3)所述纺丝液中导电聚合物的浓度为0.4～15mg/mL，所述凝固浴中凝固剂的浓度为0.01～1g/mL，纺丝液的注入速度为0.05～5mL/h，所述凝固浴的注入速度为5～100mL/h。