[发明专利]一种用共电沉积法制备超级电容器电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及电化学技术，具体涉及一种用共电沉积法制备超级电容器电极材料的方法。

背景技术

随着全球矿石能源的日趋耗竭以及矿石能源在使用过程中所带来环境问题，清洁能源的使用成为了全球共同关注的一个热点。超级电容器作为一种新型的储能器件，由于其具有功率密度大、循环寿命长等优点受到了广泛的关注和研究。近年来，超级电容器作为一种新型的能量存储器件已经成功的应用在运输工具、无线通讯设备、电网、消费电子产业等领域。

超级电容器，也叫赝电容器，是一种介于充电电池和电容器之间的一种新型储能器件，具有电容和二次电池的特点。相比于锂离子电池，超级电容器具有以下突出的优点：具有很高的功率密度，是锂离子电池的数十倍以上；超长的寿命，其寿命是锂离子电池的数十倍；充放电速度快；适用温度宽，可在-40℃~70℃之间正常工作；体积小，容量大；可靠性好，成本低廉。

超级电容器按照电极材料的属性可以分为碳材料、金属氧化物、高分子聚合物超级电容器等类型。目前应用比较广泛的是碳材料超级电容器，性能可靠，价格低廉，但是由于其理论电容较低，在应用方面受限。而高分子聚合物相比于碳材料，单独使用有循环稳定性差的问题。相比而言，金属氧化物超级电容器具有容量高、性能稳定的优点。其中，MnO₂作为一种被广泛应用的超级电容器材料，由于其具有高的理论比容量（1370F/g）、绿色环保和价格低廉等特点，被广泛的研究和应用。但是由于MnO₂本身的导电性能很差，因此导致无法充分利用其电容量，实际应用中电容只有50-250F/g，限制了MnO₂的广泛应用。

为了提高MnO₂的导电性，一个有效的方法是将MnO₂同导电物质进行复合，从而提高复合材料的导电性。不少研究工作将MnO₂粉末同一些导电物质，诸如，活性炭、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯等进行复合。但是在用常规的方法对这些材料进行复合过程中都必须加入聚四氟乙烯（PTFE）等高分子粘结剂来提高整体电极物质的粘结性和机械稳定性。可是PTFE这类物质加入后会降低复合材料的导电性，从而影响材料整体的电化学性能。因此如果添加的粘结剂既可以改善粘结，同时又有利于提高导电性，则将有利于问题的解决。目前广泛采用的传统的机械混合金属氧化物和导电剂、粘结剂等手段，不易得到极其均匀的复合体，因此，金属氧化物的电容性能仍然得不到非常有效的应用，限制了其性能发挥。尽管近期有报道采用导电高分子原位聚合等方法制备均一的纳米复合体，但是产率低，制作周期长，存在一定的污染，不利于工业化生产制作。

发明内容

鉴于现有超级电容器电极材料存在的问题，本发明提供一种用共电沉积法制备超级电容器电极材料的方法，其通过电化学沉积和电泳沉积方法将二氧化锰和聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）导电高分子同步进行沉积复合，形成均匀的具有高电化学性能和良好机械稳定性的超级电容器电极材料，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种用共电沉积法制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，以导电材料制作集流体，用共电沉积法同步进行二氧化锰[MnO₂]的阳极电沉积和聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[PEDOT:PSS]的阳极电泳沉积，在该集流体表面形成质地均匀的二氧化锰/聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[MnO₂/PEDOT:PSS]纳米复合体结构沉积层。

其中，所述共电沉积法包括以下步骤：1).将二价锰盐溶解于水中得到锰盐溶液，二价锰离子的浓度为0.01-5mol/L；2).配制质量百分浓度为1-2%的聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）[PEDOT:PSS]溶液，聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）[PEDOT]与聚（苯乙烯磺酸）[PSS]的摩尔比为1:1-3；将该溶液与锰盐溶液混合，经超声分散得到混合物母液；3).以所述集流体作为工作阳极，与一工作阴极均插入该混合物母液，在两者间施加电压，进行反应；4).将步骤3)共电沉积后的所述集流体取出，用去离子水冲洗，干燥即得表面具有MnO₂/PEDOT:PSS纳米复合体结构沉积层的电极材料。

所述步骤1)之前还包括去除所述集流体表面的有机官能团的步骤，该步骤为：将所述集流体置于乙醇和丙酮按照体积比1:1配置的混合液中，超声处理1-60分钟，取出干燥。