[发明专利]一种超级电容活性物质的形貌诱导剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超级电容活性物质的形貌诱导剂及其制备方法。该形貌诱导剂的制备方法包括以下步骤：按照质量比称取氯化羟胺与聚丙烯腈，其中聚丙烯腈浸泡在N’N‑二甲基甲酰胺中并热处理获得聚丙烯腈溶液，氯化羟胺与无水碳酸钠溶解于丙三醇中获得氯化羟胺溶液，将氯化羟胺溶液缓慢滴加到聚丙烯腈溶液中，边滴加边搅拌至溶液呈现透明后热处理，将得到的混合溶液缓慢滴加到去离子水中并搅拌，最后经过离心就可得到凝胶状的形貌诱导剂。该方法工艺简单，所制备的形貌诱导剂用于超级电容活性物质，可以制备出粒状、片状、花状、棒状、双凌锥状等形状的活性物质，并且具有较好的电容性能。

技术领域

本发明属于超级电容形貌诱导剂领域，具体涉及一种超级电容活性物质的形貌诱导剂及其制备方法和应用。

背景技术

全球气候变暖以及越来越严重的环境污染，是由于随着科学技术的不断进步和经济社会的不断发展，人类对于能源的需求越来越大。为了解决这一系列能源难题，设计出能够快速存储和释放电能的设备显得十分重要。超级电容器就是为了满足在短时间内快速完成充放电过程，达到超高输出功率密度的储能器件。超级电容器根据储能机理的不同，能够被分为双电层超级电容和法拉第赝电容。双电层超级电容是利用活性物质表面的微孔吸附特性进行储能的，本身并不会发生电化学反应。而法拉第赝电容是依靠表面活性物质发生高度可逆的氧化还原反应进行能量存储的，使用寿命虽不及双电层超级电容，但是法拉第赝电容的储能密度却能够达到前者数十倍之多。

对于法拉第赝电容的研究，学者们主要是将研究重点集中于过渡金属氧化物上。目前比较常见的电容活性材料包括：氧化钌、氧化锰、氧化钒、氧化钴、氧化镍等一些含有多价态金属离子的活性物质。目前比较实用的制备方法为烧结法和溶剂热法，烧结法简单易操作，但是尺寸通常难以控制；溶剂热法制备的晶粒细小，但是容易引发团聚现象。为了让制备出来的晶粒更加符合生产需要，为了能生长出形貌更加特殊的晶粒，需要研制出一种超级电容活性物质的形貌诱导剂，但目前还没有相应的产品或者成熟的研究报告发表出来。

颗粒形貌对氧化物电容性能影响极大。但是，目前控制氧化电容基本都是采用小分子，使用过程中，这些小分子材料在组合物中，影响了电容的性质。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种超级电容活性物质的形貌诱导剂，具体技术方案如下：

一种超级电容活性物质的形貌诱导剂，所述形貌诱导剂的分子结构如下：

该种诱导剂是通过氯化羟胺溶液改造液态聚丙烯腈分子链上的基团结构，使其在侧链接枝偕胺肟基；利用偕胺肟基的离子诱导性，对溶剂热法析出的超级电容活性物质晶粒进行形貌控制；其中每1份质量的氯化羟胺适用于改造3～5倍质量的聚丙烯腈。

本发明的目的之二是提供一种所述超级电容活性物质的形貌诱导剂的制备方法。具体技术方案如下：

一种超级电容活性物质的形貌诱导剂的制备方法，包括以下步骤：

第1步，按照质量比1:3～5称取氯化羟胺与聚丙烯腈；

第2步，将聚丙烯腈浸泡在N’N-二甲基甲酰胺中，然后放置于75～85℃的烘箱中保温15～25min，获得聚丙烯腈溶液，所述N’N-二甲基甲酰胺的质量是聚丙烯腈的30～70倍；

第3步，将氯化羟胺与无水碳酸钠同时投入到丙三醇中，迅速搅拌直到氯化羟胺与无水碳酸钠全部溶解在丙三醇中，获得氯化羟胺溶液，所述氯化羟胺与无水碳酸钠的摩尔比为1:1，丙三醇的质量是氯化羟胺与无水碳酸钠总质量的5～20倍；

第4步，将所述氯化羟胺溶液缓慢滴加到聚丙烯腈溶液中，边滴加边搅拌，直到溶液呈现透明后，放置于80～90℃的烘箱中保温2～3h，得到混合溶液；

第5步，将所述混合溶液缓慢滴加到去离子水中，边滴加边搅拌，最后经过离心就可得到凝胶状的超级电容活性物质的形貌诱导剂。