基于添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基電極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接基于添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料及其制備方法。該方法是將聚偏氟乙烯和與其能產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)，按質(zhì)量百分比配料制成混合粉末；再用有機溶劑溶解得混合溶液；將混合溶液加熱攪拌至溶膠狀，將溶膠均勻地涂覆在襯底上烘干成復(fù)合膜；對復(fù)合膜處理，即得到添加物和直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基電極材料。該電極材料組成包括聚偏氟乙烯和與其能產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物以及直接添加的導(dǎo)電物質(zhì)。本發(fā)明制備的電極材料通過直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的方式，其工藝簡單、成本低；將該電極材料用于組裝超級電容器，使其比容量有了較大幅度提高；且充放電迅速、循環(huán)壽命長，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
【專利說明】基于添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于儲能【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于制備柔性固態(tài)、扣式和卷繞式超級電容器的基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯(PVDF)基電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器，又稱電化學(xué)電容器。它兼有電池和物理電容器相同特性，是一種新型的儲能能源器件，它既像電池一樣具有大的電荷儲存能力，又和普通的電容器一樣有很高的放電功率，使得在這兩種元件間找到了最佳的結(jié)合點。并在耐溫、維護等方面具有獨特的優(yōu)勢；超級電容器涉及材料、能源、化學(xué)、電子器件等多個學(xué)科，它成為交叉學(xué)科研究的熱點之一。作為一種綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的新型儲能器件，超級電容器在眾多的領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因此，近年來人們對超級電容器的研究工作越來越重視。比如，在汽車動力研究的領(lǐng)域，歐美等國家利用超級電容器、傳統(tǒng)電池的高電荷儲存、高功率密度能力；并聯(lián)超級電容器和電池二者，成功的研制出電動汽車的新型混合電源系統(tǒng)。經(jīng)過實驗表明:與二次電池或燃料電池結(jié)合使用的超級電容器電源系統(tǒng)，具有可行性且完全可以滿足汽車動力來源的要求，現(xiàn)業(yè)內(nèi)已嘗試采用單純超級電容器作為混合動力電動汽車的動力電源?？梢姡瑢τ诔夒娙萜鞯难芯抗ぷ骶哂兄匾饬x。
[0003]超級電容器中，電極材料是影響超級電容器性能的核心因素之一，也是當前超級電容器研究的熱點。從材料的角度來看，超級電容器所用電極材料主要有:碳基電極材料、金屬氧化物基電極材料和導(dǎo)電聚合物基電極材料等。碳材料由于擁有較高的電導(dǎo)率、較高的比表面積等獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)而被廣泛的用作超級電容器電極材料，但是其內(nèi)阻較大，導(dǎo)電性較差，并且比容量相對比較低，這必將影響到電容器的整體性能；金屬氧化物超級電容器主要以RuO等貴金屬為電極材料，由于它的電導(dǎo)率比碳材料大兩個數(shù)量級，所以獲得了很高的比容量。但是貴金屬資源有限，并且價格昂貴，這極大地限制了這類電極材料的大規(guī)模應(yīng)用；導(dǎo)電聚合物也是一種常用的電極材料.導(dǎo)電聚合物在充放電過程中會發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。因此，開發(fā)具有低成本優(yōu)勢的、各項性能均有較大改進和提高的用于超級電容器的電極材料是有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷和不足，提供一種用于制備柔性固態(tài)、扣式和卷繞式超級電容器的基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料及其制備方法。該方法通過直接添加導(dǎo)電物質(zhì)使聚偏氟乙烯基電極材料制作的超級電容器的比電容量有較大幅度的提高，與此同時又不破壞聚偏氟乙烯基復(fù)合膜的骨架和結(jié)構(gòu)，并且繼承了成本低廉、工藝簡單、性能優(yōu)良的特點。所制備的電極材料可加工為任意大小，其厚度大約為85?120 μ m，符合器件小型化的要求及擴大其應(yīng)用范圍。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來完成的。
[0006]本發(fā)明提供的基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0007](I)聚偏氟乙烯(PVDF)和添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)混合粉末的制備
[0008]將聚偏氟乙烯和與其能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)按質(zhì)量百分比20%:47%:33%?90%:1%:9%配料，將所配原料混合均勻后，烘干制備成聚偏氟乙烯混合粉末；
[0009](2)聚偏氟乙烯(PVDF)和添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)混合溶液的制備
[0010]將步驟(I)所得的聚偏氟乙烯混合粉末用有機溶劑充分溶解，得到聚偏氟乙烯混合溶液；
[0011](3)聚偏氟乙烯(PVDF)和添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合膜的制備
[0012]將步驟(2 )所得的聚偏氟乙烯混合溶液加熱攪拌至溶膠狀后，均勻地涂敷在襯底上，或直接均勻地傾倒在襯底上，然后將承載有混合溶液的襯底置于恒溫箱中烘干，制備成聚偏氟乙烯基復(fù)合膜；
[0013](4)聚偏氟乙烯(PVDF)基超級電容器電極材料的制備
[0014]對步驟(3)所得聚偏氟乙烯基復(fù)合膜通過加熱和表面活化過程進行活化處理，即制備成直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料。
[0015]上述方案中，所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物是選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)、或氫氧化鉀堿性物質(zhì)。
[0016]上述方案中,所述直接添加的導(dǎo)電物質(zhì)是選自活性炭，或鎳粉或鐵粉等。
[0017]上述方案中，所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭，那么所述聚偏氟乙烯和碳酸鉀鹽類物質(zhì)以及活性炭的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%?90%:1%:9% ;所述添加物選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭與鎳粉混合物，那么聚偏氟乙烯和碳酸鉀鹽類物質(zhì)以及活性炭與鎳粉混合物的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%?90%: 1%:9%。
[0018]上述方案中，所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物選自氫氧化鉀堿性物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自鎳粉，那么所述聚偏氟乙烯和氫氧化鉀堿性物質(zhì)以及鎳粉的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%?90%:1%:9% ;所述添加物選自氫氧化鉀堿性物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自鎳粉與活性炭混合物，那么聚偏氟乙烯和氫氧化鉀堿性物質(zhì)以及鎳粉與活性炭混合物的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%?90%:1%:9%。
[0019]上述方案中，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭與鎳粉的混合物使用時，其二者質(zhì)量百分比為 99%:1% ?1%:99%。
[0020]上述方案中，所述的有機溶劑是既能夠溶解聚偏氟乙烯，又相對于與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加劑、直接加入的導(dǎo)電物質(zhì)穩(wěn)定的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、或二甲基亞砜(NMP)、或N-甲基吡咯烷酮(DMS0)。
[0021]上述方案中，所述襯底為石墨紙，或?qū)щ娎w維布，或泡沫鎳。
[0022]上述方案中，所述對聚偏氟乙烯基復(fù)合膜通過加熱活化處理，是將復(fù)合膜在溫度為80?250°C下熱處理I?120分鐘；所述表面活化過程，是將通過加熱活化處理的復(fù)合膜完全浸泡在盛有氫氧化鉀溶液容器中，然后將容器放入50?90°C的烘箱中靜置I?300分鐘，進行表面活化處理。
[0023]本發(fā)明依上述制備方法制備的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料，包括兩部分，一部分是聚偏氟乙烯和與其能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物，另一部分是直接添加的導(dǎo)電物質(zhì)；該電極材料的組成是:以質(zhì)量百分比計包括:20%?90%的聚偏氟乙烯、和1%?47%的與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物、以及9%?33%的直接添加的導(dǎo)電物質(zhì)。
[0024]本發(fā)明制備的基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料用于扣式超級電容器的制備方法，包括以下具體操作過程:
[0025]將制備好的直接添加了導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料，用沖片機處理得到符合規(guī)格大小的正負電極，依次將電極材料和隔膜按照電極/隔膜/電極的順序放置于扣式電池殼負極蓋內(nèi)，將電解液注入電池殼負極蓋內(nèi)，再加入墊片或者泡沫鎳，蓋上電池殼正極蓋后在電池封裝機上封裝，即制得扣式超級電容器。
[0026]上述方案中，所述的扣式超級電容器，是以直接添加了導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料為電極；采用導(dǎo)電的柔性襯底石墨紙、泡沫鎳或?qū)щ娎w維布作集流體；其電池殼負極蓋內(nèi)注入的電解液為無機電解液或有機電解液；其采用的隔膜皆為聚亞酰胺，或聚丙烯纖維。
[0027]本發(fā)明制備的基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯復(fù)合膜電極材料用于卷繞式超級電容器的制備方法，包括以下具體操作過程:
[0028]將制備好的直接添加了導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯復(fù)合膜電極材料和隔膜依次按照電極/隔膜/電極的順序放置于兩柱狀導(dǎo)電金屬棒之間，進行卷繞，使電極材料緊密的貼近柱狀導(dǎo)電金屬棒，得毛坯產(chǎn)品；將卷繞得到的毛胚產(chǎn)品，放置于具有上下內(nèi)蓋的封裝殼內(nèi)封裝，注入電解質(zhì)，即制得卷繞式超級電容器。
[0029]上述方案中，所述的卷繞式超級電容器，是以直接添加了導(dǎo)電聚合物的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料為電極；采用導(dǎo)電的柔性襯底石墨紙、泡沫鎳、或?qū)щ娎w維布作集流體；其封裝殼內(nèi)注入的電解液為無機電解液或有機電解液；其采用的隔膜皆為聚亞酰胺，或聚丙烯纖維。
[0030]本發(fā)明制備的直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料用于柔性固態(tài)超級電容器的制備方法，包括以下具體操作過程:
[0031]將上述制備方法制備好的直接添加了導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料，裁剪成大小相同的兩片分別作為正負極，然后把正負極相互面對；利用固體電解質(zhì)將二者粘結(jié)即可制備成柔性固態(tài)超級電容器。
[0032]上述方案中，所述固體電解質(zhì)是聚乙烯醇和氫氧化鉀混合物、或聚乙烯醇和磷酸電解質(zhì)混合物。
[0033]本發(fā)明利用直接添加了導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基復(fù)合膜電極材料制備扣式超級電容器，卷繞式超級電容器和柔性固態(tài)超級電容器，它們均具有充放電迅速、循環(huán)壽命長，同時又具有較高的能量密度和功率密度。
[0034]本發(fā)明具有的優(yōu)點及有益的技術(shù)效果如下:
[0035]本發(fā)明通過直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的方式，在保證聚偏氟乙烯基復(fù)合膜骨架和結(jié)構(gòu)的前提下，進一步減小了聚偏氟乙烯與活性物質(zhì)的接觸電阻，增加了器件的活性物質(zhì)。從而使電極材料的內(nèi)阻降低、導(dǎo)電性更加優(yōu)異，且比容量有了較大幅度的提高。通過本發(fā)明制造的電極材料穩(wěn)定性良好，并且正負極、電解質(zhì)、封裝均有較好的柔性，所以滿足制備扣式、卷繞式、固態(tài)柔性超級電容器的條件。并且制備工藝簡單、成本低廉，容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)。綜上，采用本發(fā)明聚偏氟乙烯電極材料可以批量制造電化學(xué)交流阻抗為2歐姆、厚度大約為85?120 μ m的三種形式的超級電容器。且制備的扣式、卷繞式與柔性固態(tài)超級電容器充放電迅速、循環(huán)壽命長，同時又具有較高的能量密度和功率密度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1本發(fā)明按實施例1制備出的柔性固態(tài)超級電容器的循環(huán)伏安測試結(jié)果圖；
[0037]圖2本發(fā)明按實施例1制備出的柔性固態(tài)超級電容器的恒流充放電測試結(jié)果圖；
[0038]圖3本發(fā)明按實施例4制備出的卷繞式超級電容器的循環(huán)伏安測試結(jié)果圖；
[0039]圖4本發(fā)明按實施例4制備出的卷繞式超級電容器的恒流充放電測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0040]下面用具體實施例及效果圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不意味著是對本發(fā)明保護范圍的任何限制。
[0041]本發(fā)明下述實施例中所用電子天平為上海精科儀器技術(shù)有限公司生產(chǎn)的FA-1104N型電子分析天平；
[0042]所用恒溫干燥箱為中國上海景邁儀器設(shè)備有限公司[廠]生產(chǎn)的DHG型恒溫干燥箱；
[0043]所用PVDF為成都中氟化學(xué)品有限公司生產(chǎn)；
[0044]所用碳酸鉀為成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)；
[0045]所用活性炭為成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)；
[0046]所用鎳粉為成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)；
[0047]測試結(jié)果所用電化學(xué)工作站為上海辰華公司生產(chǎn)的CHI600E電化學(xué)工作站。
[0048]實施例1:將聚偏氟乙烯、碳酸鉀和活性炭按質(zhì)量百分比為20%:47%:33%的比例配料，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻后并烘干，然后用DMF溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，再加熱攪拌形成溶膠狀；把混合溶膠均勻地涂覆在石墨紙襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在石墨紙上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在220°C下熱處理60分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在盛有氫氧化鉀溶液的燒杯中，將燒杯放入80°C的烘箱中靜置60分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)活性炭的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料。將電極材料，裁剪成大小相同的兩片分別作為正負極，然后把正負極相互面對；再用聚乙烯醇和氫氧化鉀電解質(zhì)的混合液作為粘接劑，把相互面對的兩片電極粘接起來，即制備成以承載膜的石墨紙襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)活性炭的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以聚乙烯醇和氫氧化鉀混合電解液為固體電解質(zhì)的柔性固態(tài)超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電，其測試結(jié)果分別見圖1、圖2所示，從圖2可知電容約為26mF/cm2。
[0049]實施例2:
[0050]將聚偏氟乙烯、碳酸鉀和鎳粉按照質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比為20%:47%:33%的比例配料，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用DMF溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在導(dǎo)電纖維布襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在導(dǎo)電纖維布上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在250°C下熱處理30分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入60°C的烘箱中靜置120分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料；將電極材料，裁剪成大小相同的兩片分別作為正負極，然后把正負極相互面對；再用聚乙烯醇和氫氧化鉀電解質(zhì)的混合液作為粘接劑，把相互面對的兩片電極粘接起來，即制備成以承載膜的導(dǎo)電纖維布襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以聚乙烯醇和磷酸混合電解液為固體電解質(zhì)的柔性固態(tài)超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電。
[0051]實施例3:
[0052]將聚偏氟乙烯、氫氧化鉀混合物粉末和鎳粉、活性炭的混合物按質(zhì)量百分比20%:47%:33%稱量原料，其中，鎳粉與活性炭質(zhì)量百分比為1%:99%，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用NMP溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在泡沫鎳襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在泡沫鎳上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在80°C下熱處理120分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入50°C的烘箱中靜置300分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉和活性炭混合物的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料。將電極材料用沖片機處理得到符合規(guī)格大小的正負電極，依次將電極材料和隔膜按照電極/隔膜/電極的順序放置于扣式電池殼負極蓋內(nèi)，向電池殼負極蓋內(nèi)注入6mol/L的KOH溶液，放入墊片后蓋上電池殼正極蓋在電池封裝機上封裝，即制備成以承載膜的泡沫鎳襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉和活性炭混合物的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以6mol/L的KOH為電解質(zhì)的扣式超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電。
[0053]實施例4:
[0054]將聚偏氟乙烯、碳酸鉀和鎳粉按質(zhì)量百分比為90%:1%:9%的比例配料，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用DMF溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在石墨紙襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在石墨紙上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在250°C下熱處理I分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入90°C的烘箱中靜置I分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料；將電極材料用沖片機處理得到符合規(guī)格大小的正負電極，依次將電極材料和隔膜按照電極/隔膜/電極的順序放置于扣式電池殼負極蓋內(nèi)，向電池殼負極蓋內(nèi)注入6mol/L的KOH溶液，放入墊片后蓋上電池殼正極蓋在電池封裝機上封裝，即制備成以承載膜的石墨紙襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以6mol/L的KOH為電解質(zhì)的扣式超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電，其測試結(jié)果分別見圖3、圖4所示，從圖2可知電容約為21mF/cm2。
[0055]實施例5:
[0056]將聚偏氟乙烯、氫氧化鉀和活性炭按質(zhì)量百分比為90%:1%:9%的比例配料，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用NMP溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在石墨紙襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在石墨紙上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在220°C下熱處理30分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入80°C的烘箱中靜置90分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)活性炭的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料。將電極材料和隔膜依次按照電極/隔膜/電極的順序放置于兩柱狀導(dǎo)電金屬棒之間，進行卷繞，使電極材料緊密的貼近柱狀導(dǎo)電金屬棒，得毛坯產(chǎn)品；將卷繞得到的毛胚產(chǎn)品，放置于具有上下內(nèi)蓋的封裝殼內(nèi)封裝，注入6mol/L的KOH電解液，即制備成以承載膜的石墨紙襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)活性炭的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以6mol/L的KOH為電解質(zhì)的卷繞式超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電。
[0057]實施例6:
[0058]將聚偏氟乙烯、碳酸鉀和鎳粉與活性炭混合物按質(zhì)量百分比為90%:1%:9%的比例配料，其中鎳粉與活性炭質(zhì)量百分比為99%:1%，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用DMSO溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在石墨紙襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在石墨紙上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在80°C下熱處理120分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入80°C的烘箱中靜置60分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉與活性炭混合物的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料。將電極材料和隔膜依次按照電極/隔膜/電極的順序放置于兩柱狀導(dǎo)電金屬棒之間，進行卷繞，使電極材料緊密的貼近柱狀導(dǎo)電金屬棒，得毛坯產(chǎn)品，將卷繞得到的毛胚產(chǎn)品，放置于具有上下內(nèi)蓋的封裝殼內(nèi)封裝，注入6mol/L的KOH電解液，即制備成以承載膜的石墨紙襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉與活性炭混合物的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以6mol/L的KOH為電解質(zhì)的卷繞式超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電。
[0059]實施例7:
[0060]將聚偏氟乙烯、碳酸鉀和活性炭按質(zhì)量百分比為55%:15%:30%的比例配料，用電子分析天平稱量原料，將其混合均勻并烘干，然后用DMSO溶劑把混合均勻的原料充分溶解成混合溶液，加熱攪拌形成溶膠狀；然后把混合溶膠均勻地涂覆在石墨紙襯底上，用恒溫干燥箱烘干后就會在石墨紙上形成一層復(fù)合膜；將此復(fù)合膜在80°C下熱處理120分鐘，把熱處理后的復(fù)合膜完全浸泡在裝有氫氧化鉀溶液燒杯中，將燒杯放入80°C的烘箱中靜置60分鐘，這樣就制備出了直接加入導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉與活性炭混合物的以聚偏氟乙烯基復(fù)合膜為超級電容器的電極材料。將電極材料和隔膜依次按照電極/隔膜/電極的順序放置于兩柱狀導(dǎo)電金屬棒之間，進行卷繞，使電極材料緊密的貼近柱狀導(dǎo)電金屬棒，得毛坯產(chǎn)品，將卷繞得到的毛胚產(chǎn)品，放置于具有上下內(nèi)蓋的封裝殼內(nèi)封裝，注入6mol/L的KOH電解液，即制備成以承載膜的石墨紙襯底為集流體、以直接添加導(dǎo)電物質(zhì)鎳粉與活性炭混合物的聚偏氟乙烯電極材料為電極、以6mol/L的KOH為電解質(zhì)的卷繞式超級電容器。用電化學(xué)工作站測試其循環(huán)伏安和恒流充放電。
[0061]本發(fā)明所述的導(dǎo)電物質(zhì)并不限于以上實施例中所用到的活性炭、鎳粉，該導(dǎo)電物質(zhì)還可以是炭粉、鐵粉以及導(dǎo)電聚合物聚苯胺、聚吡咯等；同樣可以將它們直接添加到聚偏氟乙烯和與其能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物中制備成聚偏氟乙烯基電極材料，用于超級電容器電極。
【權(quán)利要求】
1.一種基于直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟: (1)聚偏氟乙烯混合粉末的制備 將聚偏氟乙烯和與其能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物以及導(dǎo)電物質(zhì)按質(zhì)量百分比20%:47%:33%~90%:1%:9%配料，將所配原料混合均勻后，烘干制備成聚偏氟乙烯混合粉末； (2)聚偏氟乙烯混合溶液的制備 將步驟(1)所得的聚偏氟乙烯混合粉末用有機溶劑充分溶解，得到聚偏氟乙烯混合溶液； (3)聚偏氟乙烯復(fù)合膜的制備 將步驟(2)所得的聚偏氟乙烯混合溶液加熱攪拌至溶膠狀后，均勻地涂敷在襯底上，或直接均勻地傾倒在襯底上，然后將承載有混合溶液的襯底置于恒溫箱中烘干，制備成聚偏氟乙烯基復(fù)合膜； (4)聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料的制備 對步驟(3)所得聚偏氟乙烯基復(fù)合膜通過加熱和表面活化過程活化處理，即制備成直接添加導(dǎo)電物質(zhì)的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料制備方法，其特征在于所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)，或氫氧化鉀堿性物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料制備方法，其特征在于所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭或鎳粉或鐵粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料制備方法，其特征在于所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭，那么聚偏氟乙烯和碳酸鉀鹽類物質(zhì)以及活性炭的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%~90%:1%:9% ;所述添加物選自碳酸鉀鹽類物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭與鎳粉混合物，那么聚偏氟乙烯和碳酸鉀鹽類物質(zhì)以及活性炭與鎳粉混合物的質(zhì)量百分比為20%:47%:33% ~90%:1%:9%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料制備方法，其特征在于所述與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物選自氫氧化鉀堿性物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自鎳粉，那么聚偏氟乙烯和氫氧化鉀堿性物質(zhì)以及鎳粉的質(zhì)量百分比為20%:47%:33%~90%:1%:9% ;所述添加物選自氫氧化鉀堿性物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)選自鎳粉與活性炭混合物，那么聚偏氟乙烯和氫氧化鉀堿性物質(zhì)以及鎳粉與活性炭混合物的質(zhì)量百分比為20%:47%:33% ~90%:1%:9%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料制備方法，其特征在于所述導(dǎo)電物質(zhì)選自活性炭與鎳粉的混合物使用時，其二者質(zhì)量百分比為99%: 1%~1%:99%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料的制備方法，其特征在于所述的有機溶劑是既能夠溶解聚偏氟乙烯，又相對于與聚偏氟乙烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加劑、直接加入的導(dǎo)電物質(zhì)穩(wěn)定的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，或二甲基亞砜(NMP)，或N-甲基吡咯烷酮(DMSO)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料的制備方法，其特征在于所述的襯底為石墨紙，或?qū)щ娎w維布，或泡沫鎳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料的制備方法，其特征在于所述對聚偏氟乙烯基復(fù)合膜通過加熱活化處理，是將復(fù)合膜在溫度為80~250°C下熱處理I~120分鐘；所述表面活化過程是將通過加熱活化處理的復(fù)合膜完全浸泡在盛有氫氧化鉀溶液容器中，然后將容器放入50~90°C的烘箱中靜置I~300分鐘，進行表面活化處理。
10.一種權(quán)利要求1-9任一項所述制備方法制備的聚偏氟乙烯基超級電容器電極材料，其特征在于所述電極材料的組成是:以質(zhì)量百分比計包括20%~90%的聚偏氟乙烯、和1%~47%的與聚偏氟乙 烯能夠產(chǎn)生導(dǎo)電活性物質(zhì)的添加物、以及9%~33%的直接添加的導(dǎo)電物質(zhì)。
【文檔編號】H01G11/86GK103545118SQ201310507234
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】朱基亮, 張鵬宇, 曾子繁, 劉曦, 孫平, 朱峻成 申請人:四川大學(xué)