[发明专利]一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极的制备方法

说明书

一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极及其制备方法，本发明涉及一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极及其制备方法。本发明是要解决目前二维碳化钛在正极窗口容量较低且容易被氧化问题，方法为：制备纳米尺度聚苯胺分散液；制备少层二维碳化钛分散液；制备聚苯胺/碳化钛复合材料；制备聚苯胺/碳化钛高浓度油墨；制备聚苯胺/碳化钛柔性电极。本发明的制备方法制备工艺简单、成本低、可规模化生产；获得的柔性电极具有高质量比电容、高体积比电容以及好的柔性。本发明属于纳米材料技术领域。

技术领域

本发明涉及柔性电极领域，具体涉及一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极的制备方法。

背景技术

MXene(过渡金属碳/氮化物)是近几年发现的一种类石墨烯二维材料，具有超高体积比容量、金属级导电性、良好的亲水性及丰富的表面化学。通过活性物质与MXene进行复合，可以获得一类具有质量比电容高，倍率性好的复合材料，然而常用的复合材料制备方法常常不可避免需要添加氧化剂或者需要加热条件，从而会部分氧化MXene导致其导电性下降，影响复合材料的电化学性能的提高程度。并且目前，随着便携式及可穿戴电子产品的发展，轻量化小体积的柔性电极已成为储能领域研究的重要方向。基于活性物质与MXene复合材料在柔性储能器件领域的应用仍然难以实现高柔性与高比电容之间的平衡，能够实现自支撑的基于MXene的柔性正极材料更是寥寥无几。因此，为充分利用MXene属性和进一步挖掘MXene的潜力，迫切需要制备出性能更加优异的基于MXene的柔性电极。

发明内容

本发明是要解决目前二维碳化钛在正极窗口容量较低且容易被氧化的问题；解决二维碳化钛负载活性物质通常无法制成自支撑膜问题；解决二维碳化钛复合活性物质易被氧化的问题；解决基于二维碳化钛复合正极膜材料种类少的问题；解决基于二维碳化钛复合正极膜材料比容量低的问题；解决基于二维碳化钛复合膜材料难以大规模生产的问题；解决现有制备方法工艺复杂、耗时、成本高的问题。而提供了一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极的制备方法。

本发明采用导电聚合物聚苯胺作为活性物质与碳化钛进行复合，通过无氧化自组装的方式制备聚苯胺/碳化钛复合材料，再添加有机溶剂制得聚苯胺/碳化钛油墨，通过简单刮涂的方式获得自支撑的聚苯胺/碳化钛柔性膜，得到兼具高比电容和柔性的超级电容器用柔性电极，为可穿戴电子产品用柔性能源存储设备的规模化生产提供了一种有效的策略。

本发明的一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极的制备方法，该方法按如下步骤进行：

一、通过化学氧化聚合方法制备聚苯胺，将聚苯胺水洗后添加到氨水溶液中去质子化，经过水洗、醇洗和真空干燥后制得去质子化的聚苯胺粉末；

二、将去质子化的聚苯胺粉末添加到N-甲基吡咯烷酮溶剂中并加热搅拌得到纳米尺度聚苯胺分散液；

三、通过刻蚀三元层状化合物陶瓷材料Ti₃AlC₂中的Al原子层合成得到碳化钛；

四、将合成的碳化钛分散水中，然后将碳化钛水分散液与纳米尺度聚苯胺分散液混合，得到聚苯胺/碳化钛复合材料；

五、向聚苯胺/碳化钛复合材料中添加N-甲基吡咯烷酮溶剂，并不断研磨得到聚苯胺/碳化钛杂化油墨，并通过刮涂干燥的方式得到聚苯胺/碳化钛柔性电极。

本发明包含以下有益效果：

(1)本发明的制备方法可避免碳化钛与聚苯胺复合过程中被氧化剂(过硫酸铵或三氯化铁)氧化；

(2)制备聚苯胺/碳化钛油墨，通过刮涂的方式制备柔性电极，工艺简单；

(3)该方法制备的柔性电极可以达到90cm²以上，可实现规模化生产；

(4)聚苯胺/碳化钛具有高的柔性，可弯折，卷曲。