[发明专利]制备电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明属于一种超级电容器电极材料的制备技术，具体涉及的是一种制备电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料。

背景技术

近年来，在石化资源日渐枯竭、环保压力倍增的背景下，寻求高能量、高功率密度的可替代能源成为一项迫切任务。超级电容器与传统电容器相比，具有更高的能量密度与比电容，且功率密度与循环寿命也远远高于传统化学电池，故超级电容器作为一种新型储能器件受到越来越多研究人员的关注。

过渡金属氧化物因具有较好赝电容性能而成为超级电容器电极材料的研究热点，如RuO2Xh2o的比电容可高达720Fg，但价格昂贵、有毒性等因素限制了RuO₂超级电容器的商品化。MnO₂具有价格低廉、与环境友好、理论比电容高（1233Fg）及锰矿资源丰富等特点，因而成为目前研究最广泛的超级电容电极材料之一。但在实际应用中，MnO₂用作超级电容器电极材料存在比电容低（一般为—100Fg）、导电性差异大电流放电能力较差等问题。将MnO₂沉积在CNTs（Carborn Nanotubes，碳纳米管）上可弥补MnO₂导电性差的局限性，但存在放电比电容低（—200Fg）、价格昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的：为改善MnO₂导电性差的局限性，本发明设计了一种能够将MnO₂/乙炔黑复合材料原位沉积在聚四氟乙烯表面制备电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料。

本发明利用聚四氟乙烯性能稳定、可相互交联形成空间网络结构的特点，将MnO₂/乙炔黑复合材料通过水热原位合成沉积在聚四氟乙烯的表面，合成同时具有导电网络（乙炔黑）与结构网络（聚四氟乙烯）的二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯新型纳米复合材料。该三元复合材料具有比电容高、价格低廉的典型优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

按质量百分数：二氧化锰80～85%，乙炔黑5～10%，聚四氟乙烯5～10%

⑴ 将聚四氟乙烯分散在水中，充分搅拌15～60分钟，再加入乙炔黑与十二烷基苯碘酸钠，质量比为聚四氟乙烯（g）∶乙炔黑（g）∶十二烷基苯磺酸钠（g）=1∶0.5～6∶0.1～0.5，超声分散30～180分钟，得到混合液A；

⑵ A中加硫酸锰与过硫酸铵，硫酸锰与过硫酸铵的摩尔比为1∶1～2，充分搅拌，得到混合液B；

⑶ B置于高压反应釜中，于120～160℃反应1～60h；

⑷过渡反应液得到黑色固态粉末状产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤产物，直到滤液为无色；

⑸将洗涤后的黑色固态粉末状产物于110℃下干燥4 h，即得到二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯粉末，用于制备超级电容器电极材料。

本发明相比现有技术具有如下优点：

用本发明方法制备得到的电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯三元复合材料，同时具有导电网络（C材料）与结构网络（PTFE）的MnO₂/CNTs/PTFEU纳米复合材料。具有很高的比电容，同时具有良好电化学稳定性，是一种优良的超级电容器电极材料；

材料比电容极高，为高性能超级电容器的生产提供了解决方法。

附图说明

图1：为本电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料典型样品的X射线衍射图。

图2：为典型样品的恒流充放电图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明：

实施例1：

一种电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料的组分及其质量百分数为：

二氧化锰       85%

乙炔黑         10%

聚四氟乙烯      5%

一种制备电容器电极二氧化锰/乙炔黑/聚四氟乙烯复合材料，其具体步骤如下：

⑴先将聚四氟乙烯分散在水中，充分搅拌30分钟，再加入乙炔黑与十二烷基苯碘酸钠，质量比为聚四氟乙烯（g）∶乙炔黑（g）∶十二烷基苯磺酸钠（g）=1∶2∶0.1，超声分散30分钟，得到混合液A；

⑵向A中加硫酸锰与过硫酸铵，硫酸锰与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，充分搅拌，得到混合液B；

⑶将B置于高压反应釜中，于140℃反应36h；