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有机系超级电容器用高容量长寿命聚苯胺纳米纤维电极材料制备技术

    2012年10月25日   【字体 :

成果分类: 功能智能能源超导材料
成果简介:
超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,在国防军工、航空航天、交通运输、电子信息和仪器仪表等领域具有广阔的应用前景,目前正朝着高比能、高功率方向发展。在宽电化学窗口的有机电解液中具有高比容量的电极材料的研发,已成为高比能超级电容器开发的关键。聚苯胺纳米管/纤维材料利用其掺杂-去掺杂电荷的能力,通过三维网络结构内发生的快速可逆法拉第赝电容实现储能,是理想的超级电容器电极材料。本项目负责人(中南大学赖延清教授)在国家863计划支持下,开发“有机系超级电容器用高容量长寿命聚苯胺纳米纤维电极材料制备技术”,取得如下技术成果:
1)界面聚合法制备聚苯胺纳米纤维材料
选择价格低廉易得的原材料,通过材料工艺的优化与控制,利用界面聚合法合成了形貌可控的纳米聚苯胺纤维材料,并借鉴喷雾干燥和喷雾热解工艺与设备,将有限的静态聚合界面转变为水、油两相雾滴之间的巨大聚合界面,提出了“喷雾界面聚合”的技术思路,开发了关键反应装置“喷雾界面聚合反应塔”,并规模化制备了形貌规整的聚苯胺纳米纤维材料,获得了静态界面聚合法以及喷雾界面聚合法制备聚苯胺的核心专利技术(ZL200710034503.0,ZL200910303863.5,ZZL200910303841.9)。该技术具有高效率、短流程、可工业化实现的特征,该聚苯胺材料在高能量密度的超级电容器领域具有广阔的应用前景,同时也可替代现有聚苯胺材料的应用场合。
2)高比能混合型超级电容器制造技术
针对活性炭/聚苯胺混合电容器,系统研究了不同材料配比、不同配料工艺、涂布工艺、制片工艺技术条件对电极性能的影响,提高了电极的机械性能和导电性能;研究了不同正、负极的容量匹配技术、不同有机电解液体系与电极的相容性问题以及对整个混合电容器的比能量以及循环寿命的影响;解决了混合电容器制造过程中的卷绕、注液、封口、老练等工艺技术问题,开发了高比能混合电容器关键材料制备与器件制造的完整核心技术,制备出比能量达10.6Wh/kg、100000次循环后容量保持率为84%的高性能超级电容器。
3)高性能(低温、高倍率)锂离子动力电池制造技术
将超级电容器及其关键材料制备技术扩展应用于锂离子动力电池开发,解决了高性能锂离子动力电池制造核心技术:①集流体的覆碳技术,具备短流程、附着力强、导电性好等优势;②新型粘结剂技术,可用于不同溶剂体系,有效提高极片粘结强度并保持与电解液的良好相容性;③新型分散剂技术,解决了不同溶剂体系下纳米导电剂和纳米活性材料的有效分散问题;④功能型极片制造技术,包括高安全性涂层、低阻抗电极片技术等;⑤功能型电解液,包括低温、防过充和阻燃型等。在此基础上,成功开发出以三元材料和磷酸铁锂材料为正极的两类高功率圆柱锂离子动力电池,具有高功率、长寿命、高安全等鲜明特征,在电动工具、电动玩具深圳混合动力车领域应用,竞争优势显著;成功开发了启动电源用低温功率型锂离子动力电池,在-20℃和-40℃条件下,产品1C放电容量分别可保持常温容量的80%和60%以上。具备低温大电流放电能力,适合用作交通装备的启动电源。
联系方式:
赖延清 0731-88830649 13975808172@126.com


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