[发明专利]一种电化学储能复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种电化学储能复合材料及其制备方法与应用，属于导电材料技术领域。所述方法包括：获得聚吡咯微球；采用溶液聚合法将聚苯胺均匀包裹在所述聚吡咯微球的表面，获得以聚吡咯为核层，聚苯胺为壳层的电化学储能复合材料。本发明的电化学储能复合材料，具有核壳结构，结构稳定，形貌可控，是以聚吡咯为核层且所述核层呈均一的球形，以聚苯胺为壳层且所述聚苯胺均匀包覆在核层的表面，达到了壳层厚度的均一，该复合材料呈现海胆状，比表面积明显增大，更有利于电荷的传输，使得该复合材料的比电容可以达到590.5F/g，该复合材料的制备工艺简单，造价低，重复性好，在超级电容器等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，特别涉及一种电化学储能复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

导电聚合物因其具有金属或半导体的独特性质，在储能装置上具有广泛的应用价值，例如聚吡咯(PPy)，聚苯胺(PANI)常用于超级电容器电极材料。聚吡咯是一种具有大π键结构的导电高分子，因其合成容易，易于加工，相对良好的电导率等优点，在电极材料方面具有潜在的应用前景。聚苯胺是一种易进行质子酸掺杂的导电高分子，具有合成方法简单，电容量高，柔性等优点，常作为超级电容器电极材料来使用。然而目前应用于电容器领域的导电聚合物在使用单一的聚苯胺或聚吡咯材料时，仍然存在很多不足，例如单一的聚吡咯存在的循环稳定性差、在高电流密度下电容衰减很快等问题。

因此，为了解决上述存在的不足，研究者们尝试通过制备复合材料的方式来进行研究，例如对比文件公开号为“CN108250744A”，名称为“一种聚苯胺/聚吡咯复合纳米管及其制备方法”，公开了一种聚苯胺/聚吡咯复合纳米管以纳米纤维素为核体和硬模板，以甲基橙和十二烷基苯磺酸钠为软模板，采用原位聚合法包覆上聚吡咯和聚苯胺层，制备出纳米纤维素/聚吡咯/聚苯胺复合纳米纤维，最后用离子液体将纳米纤维素溶解，得到聚吡咯/聚苯胺复合纳米管。该材料具有良好的导电性，但是存在一些缺点：该材料的管内或者管外难免残留少量纳米纤维素影响该材料的导电性能和比电容；该材料在后期的表征过程中未验证其形貌是否可控、材料的具体结构及材料的结构是否稳定等问题；在制备过程中，首先需要使用软硬模板，后期还需要采用离子液体进行模板脱除，使得工艺过程较复杂；此外使用的材料离子液体价格较高，并且在后处理过程中离子液体存在难回收、易对环境造成污染等问题。因此，如何采用一种无污染、工艺简单、成本低的方法来制备一种结构稳定、形貌可控而且还具有良好的电化学储能性能的复合材料，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种电化学储能复合材料及其制备方法与应用，制备得到以聚吡咯为核层，聚苯胺为壳层的复合材料，结构稳定、形貌可控、尺寸均一，还具有良好的电化学储能性能，比电容可以达到590.5F/g；且无污染、工艺简单、成本低。

为了实现上述目的，本发明提供一种电化学储能复合材料的制备方法，所述方法包括：

获得聚吡咯微球；

采用溶液聚合法将聚苯胺均匀包裹在所述聚吡咯微球的表面，获得以聚吡咯为核层，聚苯胺为壳层的所述电化学储能复合材料。

进一步地，所述获得聚吡咯微球，具体包括：

获得含有亚铁或亚铜离子的水溶液；

在所述含有亚铁或亚铜离子的水溶液中加入吡咯，获得混合溶液，向所述混合溶液中滴加双氧水在常温下进行反应，反应完全后获得所述聚吡咯微球。

进一步地，所述含有亚铁或亚铜离子的水溶液包括氯化亚铁、氯化亚铜、硫酸亚铜、硫酸亚铁水溶液中的一种。

进一步地，所述滴加双氧水时，采用逐滴滴加。

进一步地，所述采用溶液聚合法将聚苯胺均匀包裹在所述聚吡咯微球的表面，获得以聚吡咯为核层，聚苯胺为壳层的所述电化学储能复合材料，具体包括：