[发明专利]一种双阴离子掺杂聚吡咯电极片及其制备方法、超级电容器

说明书

本发明提供了一种双阴离子掺杂聚吡咯电极片及其制备方法、超级电容器，属于电化学技术领域。本发明采用特定种类的一价阴离子进行掺杂，在聚吡咯中引入大体积阴离子，构建通畅的离子传输通道，可拓宽聚吡咯的电化学活性电压窗口；制备成电极片之后将所述电极片浸入到含有高价阴离子掺杂剂的溶液中，进行电化学循环，在电化学循环过程中，大体积刚性高价阴离子部分取代一价阴离子，使得一价阴离子掺杂引入的通道被固定，可减少电化学过程中活性材料的体积变化，提高聚吡咯基对称超级电容器的能量密度、功率密度和循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种双阴离子掺杂聚吡咯电极片及其制备方法、超级电容器。

背景技术

电化学电容器(Electrochemical Capacitor,EC)也称超级电容器(Supercapacitor)，作为一种新型的化学电源，其使用寿命长(10⁵次循环)、比功率大(1500W/kg)、能快速充电(可为数秒)、低温性能好(最低工作温度-50℃)，大电流放电性能好、储存能量大、具有比电池更高的功率密度，比传统电容器更高的能量密度，不仅可以和电池配套使用为电动车等提供峰值功率，甚至可以单独为电动工具或电动车提供动力，以减少基于石化资源燃烧提供能量对生态带来的负面影响。而且其质量轻、免维护、低污染、价格便宜、性能卓越，被誉为新型的绿色能源。因此，今后电化学电容器很可能发展成为一种高效、实用的能量储存装置，因而在交通、能源、通讯、电力电子、军工国防、工业生产等领域都有着十分广阔的应用前景。

电极材料的优劣是电化学电容器性能的决定性因素，人们一直在开发具有更高能量密度和更高功率密度的电极材料。现有技术中，用于电化学电容器的电极材料，可分为以下三类：贵金属氧化物、导电聚合物和碳基电极材料。其中，贵金属的资源有限、价格昂贵；导电聚合物循环稳定性差，限制了它们的应用；碳电极材料主要有：活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管等，活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶等多孔碳材料虽然可以得到比较高的比电容，但是导电能力低，且其较低的比功率限制了其作为电化学电容器的应用，碳纳米管尽管其导电能力优越，但是其较高的接触电阻，较低的比容量，以及高昂的成本也限制了其应用。聚吡咯导电性好、理论比电容高、理论电化学活性电压窗口较宽、制备工艺简单，是一种非常具有应用前景的超级电容器电极材料。以其作为电极活性材料，选取中性水系电解液可构筑容量高、组装工艺简单、安全性极高的对称超级电容器。

然而，在实际应用中，聚吡咯基对称超级电容器工作电压窗口较窄，一般在1.0V以内，能量密度和功率密度不够高、寿命较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双阴离子掺杂聚吡咯电极片及其制备方法、超级电容器，将本发明制备的双阴离子掺杂聚吡咯电极片用于超级电容器，可以解决聚吡咯基对称超级电容器工作电压窗口较窄、能量密度和功率密度不够高、寿命较低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种双阴离子掺杂聚吡咯电极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将吡咯和一价阴离子掺杂剂溶于极性溶剂中，得到混合溶液；所述一价阴离子掺杂剂中的一价阴离子包括苯磺酸根离子、萘磺酸根离子、烷基硫酸根离子、烷基苯磺酸根离子和烷基萘磺酸根离子中的一种或多种；

(2)将所述混合溶液和氧化剂混合，发生聚合反应，将聚合反应所得沉淀干燥后得到一价阴离子掺杂聚吡咯，将所述一价阴离子掺杂聚吡咯制备成电极片；

或者将所述步骤(2)替换为步骤(2’)：将集流体浸渍到所述混合溶液中进行电化学氧化聚合，得到电极片；

(3)将所述电极片浸入到含有高价阴离子掺杂剂的溶液中，进行电化学循环，得到双阴离子掺杂聚吡咯电极片；所述高价阴离子掺杂剂中的高价阴离子为间苯二磺酸根、萘二磺酸根和萘三磺酸根中的一种或多种。

优选的，所述极性溶剂为水、乙醇、甲醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。