多功能聚合物及其制备方法、柔性锌离子电池技术

本发明专利技术提供一种多功能聚合物及其制备方法、柔性锌离子电池，属于电池技术领域。其中，多功能聚合物包括浸润组分、电子导电组分以及离子导电组分；其中，所述浸润组分为聚苯乙烯磺酸；所述电子导电组分为聚3,4

【技术实现步骤摘要】
多功能聚合物及其制备方法、柔性锌离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种多功能聚合物及其制备方法、以及一种柔性锌离子电池。

技术介绍

[0002]随着信息技术的发展与经济生活水平的提高，可穿戴电子产品逐渐涌现出来并进入大众的生活，而可穿戴电子产品的进一步普及依赖于柔性储能电池的开发，因为目前所常用的储能电池均为刚性，这就使得可穿戴电子产品无法实现全柔性的功能，为了实现这个目标，柔性水系锌离子电池因低成本、全柔性和环境友好被认为是最有希望实现大规模应用的柔性储能器件的候选体系之一。柔性水系锌离子电池一般包括正极、负极、隔膜和电解液。
[0003]在柔性水系锌离子电池中，碳布因具有优良的导电性和多孔结构，常作为水系柔性电池的集流体，承担导电和容纳正极材料的任务。目前商业化碳布分为亲水型和疏水型，亲水型碳布采用聚四氟乙烯（PTFE）进行处理，然而处理后的碳布表面仍旧不具有良好的亲水性，导致水系电解液浸润性较差，电池整体阻抗过大，使得电池容量降低。此外，还有采用等离子体处理的方法来进行碳布的表面亲水性改善，然而此方法需要等离子体表面处理仪，以造成成本较高且耗时较长，一般处理时间超过1小时，除此以外，等离子体处理后的基底材料经过短时间（15
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30分钟）静置后会丧失亲水性，难以在工业中大规模应用。
[0004]因此，技术上述技术问题，本专利技术提出一种用于柔性锌离子电池的多功能聚合物及其制备方法，以及一种柔性锌离子电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种多功能聚合物及其制备方法，以及一种柔性锌离子电池。
[0006]本专利技术的一方面，提供一种多功能聚合物，包括：浸润组分、电子导电组分以及离子导电组分；其中，所述浸润组分为聚苯乙烯磺酸；所述电子导电组分为聚3,4
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乙烯二氧噻吩；所述离子导电组分为磺酸锌。
[0007]可选的，所述多功能聚合物为ZnSO3‑
PEDOT:PSS。
[0008]可选的，所述浸润组分、所述电子导电组分、所述离子导电组分之间的比例范围为(1～3):1:1。
[0009]本专利技术的另一方面，提供一种制备前文记载的所述多功能聚合物的方法，所述方法包括下述步骤：形成磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩；在聚苯乙烯磺酸溶液中加入所述磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩，加入引发剂
反应，以形成所述多功能聚合物。
[0010]可选的，所述形成磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩，包括：在冰浴条件下，将氯化锌溶液加入含羟基乙烯二氧噻吩单体的溶液中，在所述溶液中加入烷磺酸内酯的四氢呋喃溶液，搅拌以得到磺酸锌改性的3,4
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乙烯二氧噻吩单体；将所述磺酸锌改性的3,4
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乙烯二氧噻吩单体在氩气环境下溶解于氯仿中，搅拌第一预设时间，加入氯化铁搅拌第二预设时间，经洗涤、离心后得到磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩。
[0011]可选的，所述在聚苯乙烯磺酸溶液中加入所述磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩，加入引发剂反应，以形成所述多功能聚合物，包括：在冰浴条件下，在聚苯乙烯磺酸溶液中加入磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩、分散剂，经搅拌形成第一溶液；在所述第一溶液中加入引发剂、硫酸铁，经搅拌、离子交换树脂处理，以得到所述多功能聚合物。
[0012]本专利技术的另一方面，提供一种柔性锌离子电池包括正极、负极和电解液，所述正极包括集流体、以及涂覆在所述集流体表面的正极材料层；其中，所述正极材料层包括活性剂与粘结剂，所述粘结剂采用前文记载的所述多功能聚合物；所述集流体采用碳布。
[0013]可选的，所述正极材料层呈亲水性。
[0014]可选的，所述活性剂质量分数范围为60%～80%，所述粘结剂的质量分数范围为5～15%，所述集流体的质量分数范围为15%～25%。
[0015]可选的，所述正极材料层的厚度范围为300μm～700μm。
[0016]本专利技术提供的多功能聚合物包括三个组分，浸润组分含有亲水性基团，离子导电组分含有锌离子，电子导电组分具有良好的电子导电性，将具有上述功能的聚合物应用于电池中时，在集流体上形成具有三种功能的包覆层，可提升集流体的锌离子导电性、电子导电以及亲水性，有助于电极构建出离子和电子的双导通网络，且使用多功能聚合物表面改性后的集流体组装的柔性电池阻抗明显降低，电池充放电循环性能提高。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一实施例的多功能聚合物的制备方法流程框图；图2为本专利技术另一实施例的未处理碳布与电解液的接触角结果；图3为本专利技术另一实施例的多功能聚合物处理后碳布与电解液的接触角结果；图4为本专利技术另一实施例的未处理碳布组装电池的阻抗图；图5为本专利技术另一实施例的多功能聚合物处理后的碳布组装电池的阻抗图；图6为本专利技术另一实施例的多功能聚合物处理后的碳布未处理碳布组装电池的充放电循环结果图。
具体实施方式
[0018]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方
式对本专利技术作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。
[0019]除非另外具体说明，本专利技术中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示技术特征的数量与顺序。
[0020]本专利技术的一方面，提供一种用于柔性锌离子电池的多功能聚合物，包括：浸润组分、电子导电组分以及离子导电组分；其中，浸润组分为聚苯乙烯磺酸；电子导电组分为聚3,4
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乙烯二氧噻吩；离子导电组分为磺酸锌。
[0021]本实施例针对目前碳布亲水性较差的问题，提出一种包括三个组分的多功能聚合物，其中，聚3,4
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乙烯二氧噻吩（Poly(3,4
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ethylenedioxythiophene)，PEDOT）具有良好的电子导电性，磺酸锌既能提供锌离子，还基于磺酸基可以提供导电性，即具有优良的锌离子导电性，聚苯乙烯磺酸（Polystyrene sulfonic acid，PSS）具有亲水性基团与导电性作用，将该聚合物应用于电池中可以提升柔性碳布集流体的锌离子导电性、电子导电性以及亲水性。
[0022]具体地，本实施例的多功能聚合物为Zn本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能聚合物，其特征在于，包括：浸润组分、电子导电组分以及离子导电组分；其中，所述浸润组分为聚苯乙烯磺酸；所述电子导电组分为聚3,4
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乙烯二氧噻吩；所述离子导电组分为磺酸锌。2.根据权利要求1所述的多功能聚合物，其特征在于，所述多功能聚合物为ZnSO3‑
PEDOT:PSS。3.根据权利要求1所述的多功能聚合物，其特征在于，所述浸润组分、所述电子导电组分、所述离子导电组分之间的比例范围为(1～3):1:1。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述多功能聚合物的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：形成磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩；在聚苯乙烯磺酸溶液中加入所述磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩，加入引发剂反应，以形成所述多功能聚合物。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述形成磺酸锌改性的聚3,4
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乙烯二氧噻吩，包括：在冰浴条件下，将氯化锌溶液加入含羟基乙烯二氧噻吩单体的溶液中，在所述溶液中加入烷磺酸内酯的四氢呋喃溶液，搅拌以得到磺酸锌改性的3,4
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乙烯二氧噻吩单体；将所述磺酸锌改性的3,4
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乙烯二氧噻吩单体在氩气环境下溶解...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟鸿，牟震，唐波炯，李炜，刘浩，李鸿阳，张非，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院联想万像深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：