一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于Zn离子电池（ZIBs）正极的聚苯胺复合材料的制备方法，涉及新能源电子材料技术领域，由苯胺单体聚合成聚苯胺，同时锌离子吸附在聚苯胺的一部分氮原子上，随后吸附锌离子的聚苯胺与羟基碳纳米管发生缩聚反应连接在一起，形成掺杂锌离子的PANI

【技术实现步骤摘要】
一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源电子材料
，具体是一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]自1987年MacDiamid提出聚苯胺(PANI)是一种很有前途的二次电池正极材料以来，Zn//PANI二次电池的研究已有几十年的历史，聚苯胺因其高导电性和易于合成而被认为是最有前景的导电聚合物之一，PANI最典型的特性是存储电荷的能力及其可逆的电化学行为，这使其成为ZIBs正极材料的良好候选者。作为正极材料，聚苯胺在一定的合成条件下掺杂各种掺杂剂，可以获得很高的比容量。锌离子掺杂聚苯胺的研究主要集中在电导率、形貌及其分子结构的改变上。
[0003]聚苯胺作为ZIBs正极材料仍然存在问题，即聚苯胺的电化学降解导致材料的电化学循环寿命短以及在充放电过程中体积膨胀和收缩使得聚苯胺与电极无法紧密接触，易脱落，因而大大降低ZIBs的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，以解决上述
技术介绍
提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
[0007]1)在室温条件下，将氯化锌、苯胺和盐酸的溶液混合并搅拌10min，所述氯化锌、苯胺和盐酸溶液的质量比为20：30：500，然后在冰浴条件下继续搅拌，得到第一混合溶液；
[0008]2)将单壁碳纳米管与第一溶剂进行混合，碳纳米管与第一溶剂的质量比为30：1500，超声作用2h，然后与第一混合溶液进行混合，在冰浴条件下继续搅拌，得到第二混合溶液；
[0009]3)将过硫酸铵或过硫酸钾与第二混合溶液进行混合，过硫酸铵与第二混合溶液的质量比为10：50，冰浴条件下搅拌10h，得到第三混合溶液；
[0010]4)将第三混合溶液离心并用蒸馏水洗涤若干次，在80℃下真空干燥10h，研磨，再用第一溶剂洗涤，第一溶剂为水或有机溶剂，80℃下真空干燥10h，研磨，得到深绿色粉末产物，即为Zn掺杂的PANI与CNTs的复合材料。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0012]在一种可选方案中：在步骤1)中，所述第一混合溶液为0.1
‑
10M的盐酸溶液，所述氯化锌、苯胺和盐酸溶液的质量比为0.1
‑
80：0.1
‑
90：500。
[0013]在一种可选方案中：在步骤2)中，所述第二混合溶液中碳纳米管与第一溶剂的质量比为0.1
‑
100：1500。
[0014]在一种可选方案中：在步骤3)中，所述第三混合溶液中，过硫酸铵与第二混合溶液
的质量比为0.1
‑
20：50。
[0015]在一种可选方案中：在步骤4)中，所述第一溶剂为水或有机溶剂。
[0016]在一种可选方案中：在步骤4)中，两次真空干燥的温度均为60
‑
100℃，干燥时间均为1
‑
24h。
[0017]相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0018]1、使用简单的化学氧化合成方法，能直接将PANI、CNTs与Zn制备成复合材料，不仅规避了正极材料制备步骤复杂的特点，而且能一次性获得大量所需正极材料，降低了制造成本，有利于产品的开发和工业化发展。
[0019]2、在PANI的基础上引入CNTs能够形成连续导电网络，集成的复合结构具有更好的电子转移路径和更高的比表面积，Zn的加入可以改变PANI形貌，增强PANI的机械强度，延长ZIBs的循环寿命。
[0020]3、Zn
2+
的引入还可以补充在充放电过程中由于在聚苯胺表面形成钝化膜而消耗的电解液中的Zn
2+
数量，并通过与钝化膜和电解液进行离子交换以降低离子扩散电阻，在三种组份的协同作用下，PANI复合材料的容量、倍率和循环性能都有显著提升。
附图说明
[0021]图1为Zn
2+
掺杂PANI
‑
CNTs复合材料的合成机理示意图。
[0022]图2为锌离子电池的倍率性能。
[0023]图3为锌离子电池的CV曲线。
[0024]图4为锌离子电池的循环性能。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]本专利技术实施例中，所述的用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
[0028]1)在室温条件下，将氯化锌、苯胺和盐酸的溶液混合并搅拌1min，所述氯化锌、苯胺和盐酸溶液的质量比为0.1：0.1：500，然后在冰浴条件下继续搅拌，得到第一混合溶液；
[0029]2)将单壁碳纳米管与第一溶剂进行混合，碳纳米管与第一溶剂的质量比为0.1：1500，超声作用2h，然后与第一混合溶液进行混合，在冰浴条件下继续搅拌，得到第二混合溶液；
[0030]3)将过硫酸铵或过硫酸钾与第二混合溶液进行混合，过硫酸铵与第二混合溶液的质量比为0.1：50，冰浴条件下搅拌1h，得到第三混合溶液；
[0031]4)将第三混合溶液离心并用蒸馏水洗涤若干次，在60℃下真空干燥1h，研磨，再用第一溶剂洗涤，第一溶剂为水，60℃下真空干燥1h，研磨，得到深绿色粉末产物，即为Zn掺杂的PANI与CNTs的复合材料。
[0032]实施例2
[0033]本专利技术实施例中，所述的用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
[0034]1)在室温条件下，将氯化锌、苯胺和盐酸的溶液混合并搅拌10min，所述氯化锌、苯胺和盐酸溶液的质量比为20：30：500，然后在冰浴条件下继续搅拌，得到第一混合溶液；
[0035]2)将单壁碳纳米管与第一溶剂进行混合，碳纳米管与第一溶剂的质量比为30：1500，超声作用2h，然后与第一混合溶液进行混合，在冰浴条件下继续搅拌，得到第二混合溶液；
[0036]3)将过硫酸铵或过硫酸钾与第二混合溶液进行混合，过硫酸铵与第二混合溶液的质量比为10：50，冰浴条件下搅拌10h，得到第三混合溶液；
[0037]4)将第三混合溶液离心并用蒸馏水洗涤若干次，在80℃下真空干燥10h，研磨，再用第一溶剂洗涤，第一溶剂为有机溶剂，80℃下真空干燥10h，研磨，得到深绿色粉末产物，即为Zn掺杂的PANI与CNTs的复合材料。
[0038]实施例3
[0039]本专利技术实施例中，所述的用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在室温条件下，将氯化锌、苯胺和盐酸的溶液混合并搅拌1
‑
30 min，然后在冰浴条件下继续搅拌，得到第一混合溶液；2）将单壁碳纳米管与第一溶剂进行混合后，超声作用2 h，然后与第一混合溶液进行混合，在冰浴条件下继续搅拌，得到第二混合溶液；3）将过硫酸铵或过硫酸钾与第二混合溶液进行混合，冰浴条件下搅拌1
‑
24 h，得到第三混合溶液；4）将第三混合溶液离心并用蒸馏水洗涤，真空干燥后进行研磨，再用第一溶剂洗涤，真空干燥，研磨得到深绿色粉末产物，即为Zn掺杂的PANI与CNTs的复合材料。2.根据权利要求1所述的用于Zn离子电池正极的聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述第一混合溶液为0.1
‑
10 M 的盐酸溶液，所述氯化锌、苯胺和盐酸溶液的质量比为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞生，谢雯，李昭能，王浩然，宋昕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：