專利名稱：制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種超級電容器電極材料的制備技術(shù)，具體涉及的是一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
近年來，在石化資源日漸枯竭、環(huán)保壓力倍增的背景下，尋求高能量、高功率密度的可替代能源成為一項(xiàng)迫切任務(wù)。超級電容器與傳統(tǒng)電容器相比，具有更高的能量密度與比電容，且功率密度與循環(huán)壽命也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化學(xué)電池，故超級電容器作為一種新型儲能器件受到越來越多研究人員的關(guān)注。過渡金屬氧化物因具有較好贗電容性能而成為超級電容器電極材料的研究熱點(diǎn)，如Ru02Xh2o的比電容可高達(dá)720Fg，但價(jià)格昂貴、有毒性等因素限制了 RuO2超級電容器的商品化。MnO2具有價(jià)格低廉、與環(huán)境友好、理論比電容高(1233Fg)及錳礦資源豐富等特點(diǎn)，因而成為目前研究最廣泛的超級電容電極材料之一。但在實(shí)際應(yīng)用中，MnO2用作超級電容器電極材料存在比電容低(一般為一lOOFg)、導(dǎo)電性差異大電流放電能力較差等問題。將MnO2沉積在CNTs (Carborn Nanotubes,碳納米管)上可彌補(bǔ)MnO2導(dǎo)電性差的局限性，但存在放電比電容低(一200Fg)、價(jià)格昂貴等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的:為改善MnO2導(dǎo)電性差的局限性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)nO2/乙炔黑復(fù)合材料原位沉積在聚四氟乙烯表面制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料。

本發(fā)明利用聚四氟乙烯性能穩(wěn)定、可相互交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將MnO2/乙炔黑復(fù)合材料通過水熱原位合成沉積在聚四氟乙烯的表面，合成同時(shí)具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(乙炔黑)與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(聚四氟乙烯)的二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯新型納米復(fù)合材料。該三元復(fù)合材料具有比電容高、價(jià)格低廉的典型優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù):二氧化錳80 85%，乙炔黑5 10%，聚四氟乙烯5 10%
⑴將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?5 60分鐘，再加入乙炔黑與十二烷基苯碘酸鈉，質(zhì)量比為聚四氟乙烯(g):乙炔黑(g):十二烷基苯磺酸鈉(g)=l: 0.5 6: 0.1 0.5，超聲分散30 180分鐘，得到混合液A ；
⑵A中加硫酸錳與過硫酸銨，硫酸錳與過硫酸銨的摩爾比為1:1 2，充分?jǐn)嚢?，得到混合液B;
(3) B置于高壓反應(yīng)釜中，于120 160°C反應(yīng)I 60h ;
⑷過渡反應(yīng)液得到黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直到濾液為無色；
(5)將洗滌后的黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物于110°C下干燥4 h，即得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備超級電容器電極材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
用本發(fā)明方法制備得到的電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯三元復(fù)合材料，同時(shí)具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(C材料)與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(PTFE)的Mn02/CNTs/PTFEU納米復(fù)合材料。具有很高的比電容，同時(shí)具有良好電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種優(yōu)良的超級電容器電極材料；
材料比電容極高，為高性能超級電容器的生產(chǎn)提供了解決方法。


圖1:為本電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料典型樣品的X射線衍射圖。圖2:為典型樣品的恒流充放電圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體 實(shí)施方式，進(jìn)一步說明本發(fā)明:
實(shí)施例1:
一種電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為: 二氧化錳85%
乙炔黑10%
聚四氟乙烯 5%
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其具體步驟如下:
⑴先將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?0分鐘，再加入乙炔黑與十二烷基苯碘酸鈉，質(zhì)量比為聚四氟乙烯(g):乙炔黑(g):十二烷基苯磺酸鈉(g)=l: 2: 0.1，超聲分散30分鐘，得到混合液A ;
⑵向A中加硫酸錳與過硫酸銨，硫酸錳與過硫酸銨的摩爾比為1: 1，充分?jǐn)嚢瑁玫交旌弦築 ;
⑶將B置于高壓反應(yīng)釜中，于140°C反應(yīng)36h ；
⑷過渡反應(yīng)液得到黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直到濾液為無色；
(5)將洗滌后的黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物于110°C下干燥4 h，即得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備超級電容器電極材料。實(shí)施例2:
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)
為:
二氧化錳80%
乙炔黑10%
聚四氟乙烯 10%
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其具體步驟如下:
⑴先將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?0分鐘，再加入乙炔黑與十二烷基苯碘酸鈉，質(zhì)量比為聚四氟乙烯(g):乙炔黑(g):十二烷基苯磺酸鈉(g)=l: I: 0.1，超聲分散30分鐘，得到混合液A;
⑵向A中加硫酸錳與過硫酸銨，硫酸錳與過硫酸銨的摩爾比為1: 1，充分?jǐn)嚢?，得到混合液B ;
⑶將B置于高壓反應(yīng)釜中，于140°C反應(yīng)36h ；
⑷過渡反應(yīng)液得到黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直到濾液為無色；
(5)將洗滌后的黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物于110°C下干燥4 h，即得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備超級電容器電極材料。實(shí)施例3
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)
為:
二氧化錳80% 乙炔黑10%
聚四氟乙烯 10%
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其具體步驟如下:
⑴先將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?0分鐘，再加入乙炔黑與十二烷基苯碘酸鈉，質(zhì)量比為聚四氟乙烯(g):乙炔黑(g):十二烷基苯磺酸鈉(g)=l: 0.5: 0.1，超聲分散30分鐘，得到混合液A ;
⑵向A中加硫酸錳與過硫酸銨，硫酸錳與過硫酸銨的摩爾比為1: 1，充分?jǐn)嚢?，得到混合液B ;
⑶將B置于高壓反應(yīng)釜中，于140°C反應(yīng)36h ；
⑷過渡反應(yīng)液得到黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直到濾液為無色；
(5)將洗滌后的黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物于110°C下干燥4 h，即得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備超級電容器電極材料。試驗(yàn)結(jié)果
對實(shí)施例2制備出的二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯三元復(fù)合材料，進(jìn)行X射線衍射表征，如圖1所示。將圖1與JCPDS卡片(44 一 141)對比可知，所有樣品在12.78、18.10,28.84,37.52,41.22,49.80,60.28,65.2°等處為a -MnO2晶體的特征峰，可確定所有樣品生成MnO2均為a-MnO2，尖銳的峰形說明生成的晶型較好。在20— 25、43°左右出現(xiàn)乙炔黑的衍射峰，峰的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于a -MnO2，說明二氧化錳與乙炔黑發(fā)生了有效復(fù)合。對實(shí)施例2制備出的二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，進(jìn)行掃描電鏡表征，可看出，但二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其形貌為直徑約150nm、邊緣比較柔和的納米粒子，中間有絲狀物連接。說明乙炔黑導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與聚四氟乙烯空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間產(chǎn)生了協(xié)同作用，使Mn02在乙炔黑上生長，且包埋于二氧化錳/乙炔黑納米粒子中的聚四氟乙烯又可相互連接形成空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。因此，縮短導(dǎo)電載體與離子的運(yùn)輸途徑，減小界面阻抗，提高導(dǎo)電性能。對實(shí)施例2制備出的二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，進(jìn)行恒流充放電，如圖2所示。恒電流充 放電曲線表現(xiàn)出典型的贗電容特征，材料比電容可達(dá)723.5Fg。
權(quán)利要求
1.制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其特征在于:復(fù)合材料的組分，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù):二氧化錳80 85%，乙炔黑5 10%，聚四氟乙烯5 10% ； ⑴先將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?5 60分鐘，再加入乙炔黑與十二烷基苯碘酸鈉，質(zhì)量比為聚四氟乙烯g:乙炔黑g:十二燒基苯磺酸鈉g=l: 0.5 6: 0.1 0.5，超聲分散30 180分鐘，得到混合液A ； ⑵向A中加硫酸錳與過硫酸銨，硫酸錳與過硫酸銨的摩爾比為1:1一2，充分?jǐn)嚢?，得到混合液B; ⑶將B置于高壓反應(yīng)釜中，于120 160°C反應(yīng)I 60h ; ⑷過渡反應(yīng)液得到黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直到濾液為無色； (5)將洗滌后的黑色固態(tài)粉末狀產(chǎn)物于110°C下干燥4 h，即得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備超級電容器電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述得到的二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，MnO2乙炔黑復(fù)合材料通過水熱原位合成沉積在聚四氟乙烯的表面，合成同時(shí)具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)即C材料與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)PTFE的Mn02/CNTs/PTFEU新型納米復(fù)合材料；所得到的材料為三元復(fù)合材料，其中的二氧化猛為a-Mn02。
全文摘要
一種制備電容器電極二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯復(fù)合材料，將聚四氟乙烯分散在水中，充分?jǐn)嚢?，再加入乙炔黑與十二烷基苯磺酸鈉，充分?jǐn)嚢瑁玫交旌弦篈；加入硫酸錳與過硫酸銨，充分?jǐn)嚢韬蟮玫交旌弦築；將B置于高壓反應(yīng)釜中，于140℃反應(yīng)36h，過濾反應(yīng)產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌產(chǎn)物，直至濾液為無色。將洗滌后的產(chǎn)物于110℃下干燥4h，得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制備電容器電極材料。本發(fā)明得到二氧化錳/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末中的二氧化錳為a-MnO2，具有很高的比電容，并且有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種優(yōu)良的新型超級電容器電極材料。
文檔編號H01G9/042GK103227051SQ201310196008
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月24日
發(fā)明者林永, 代坤義, 江忠遠(yuǎn), 陳紅玉, 王曼麗, 趙錕 申請人:遵義師范學(xué)院