[发明专利]一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料及其制法

说明书

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，且公开了一种石墨烯修饰苯胺‑吡咯共聚物的电极材料，包括以下配方原料及组分：改性N,P共掺杂石墨烯、吡咯、苯胺、过硫酸铵。该一种石墨烯修饰苯胺‑吡咯共聚物的电极材料，N,P共掺杂氧化石墨烯，具有丰富的孔隙和三维网络空间结构，吡啶氮、吡咯氮等含氮官能团可以与电解液发生法拉第反应，酰氯化的改性N,P共掺杂石墨烯，与苯胺‑吡咯共聚物中亚氨基和氨基反应，通过化学共价键结合增强了N,P共掺杂石墨烯与苯胺‑吡咯共聚物的相容性，分散均匀的N,P共掺杂石墨烯提高了共聚物的导电性能，提供良好的双电层电容和法拉第赝电容，增强了电极材料的电容特性。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，具体为一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料及其制法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置，通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，超级电容器具有电容器快速充放电和电池的储能特性，具有功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、绿色环保等优点。

目前的超级电容器电极材料主要有过渡金属氧化物电极材料，如钌氧化物、锰氧化物和钴氧化物等，具有很高的法拉第准电容；碳基电极材料，如活性炭、石墨和纳米碳管等，可以产生双电层电容；导电聚合物电极材料，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等，具有一定的导电性能，电化学性能稳定，尤其是苯胺-吡咯共聚物，具有三维孔隙结构，非常有利于电极材料与电解液的润湿和接触，以及适合电极材料在充放电过程中膨胀和收缩的体积变化，但是苯胺-吡咯共聚物导电性能不够优异，并且电容性能较低，限制了聚苯胺-吡咯共聚物在超级电容器电极材料中的应用，可以与导电性很强的石墨烯和碳纳米管等纳米材料形成复合材料，来增强了苯胺-吡咯共聚物电极材料的导电性能和电容性能，但是石墨烯与苯胺-吡咯共聚物的相容性较差，并且石墨烯纳米粒子之间存在较高的范德华力，很容易在共聚物中团聚和聚集，影响电极材料的电化学循环稳定性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料及其制法，解决苯胺-吡咯共聚物导电性能不高，电容性能较低的问题，同时解决了石墨烯在苯胺-吡咯共聚物中很容易团聚和聚集的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：1-4份改性N,P共掺杂石墨烯、16-20份吡咯、23-32份苯胺、44-60份过硫酸铵。

优选的，所述改性N,P共掺杂石墨烯制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和氧化石墨烯，超声分散均匀后，再加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和二乙烯三胺五甲叉膦酸，搅拌溶解后加入催化剂尿素和缩合剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，将反应瓶置于气氛恒温油浴锅中，在氮气氛围下，加热至75-95℃，匀速搅拌反应6-12h，再将溶液转移进水热反应釜中，并置于加热箱中，加热至160-190℃，反应10-18h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，置于气氛电阻炉中，升温速率为2-5℃/min，升温至720-780℃保温煅烧6-10h，煅烧产物即为N,P共掺杂氧化石墨烯。

(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入N,P共掺杂氧化石墨烯，超声分散均匀后加入SOCl₂，置于气氛恒温油浴锅中，在氮气氛围下，加热至50-80℃，匀速搅拌反应5-10h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到酰氯化N,P共掺杂氧化石墨烯。