一种有机电池复合正极的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种有机电池复合正极的制备方法和应用，以

【技术实现步骤摘要】
一种有机电池复合正极的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种有机电池复合正极的制备方法和应用，属于电化学储能

。

技术介绍

[0002]水系可再充电锌离子电池以其低成本
、
高安全性等优点受到社会各界的广泛关注，但传统的锌离子电池大多采用层状氧化物
、
聚阴离子和普鲁士蓝作为正极材料，但其资源有限
、
对环境不友好以及毒性大等缺点限制了其发展
。
此外，它们通过插入
/
提取锌离子来储存能量，这在很大程度上取决于无机正极的晶体结构，但在循环过程中这种结构往往不稳定，从而导致较差的循环性能
。
因此，具有结构多样性和可设计性
、
原料丰富性和环境友好性等优点的聚合物电极材料展现出巨大的应用前景
。
[0003]聚合物电极材料虽然有许多优点，但其仍面临电极结构和电导率低的问题
。
原位电化学聚合是将带有电化学聚合活性基团的小分子制备成电极，在电池充电过程小分子在电池内部原位聚合形成聚合物，从而显著改善聚合物的电极结构
。
然而，传统的化学氧化法制备的聚合物在电极制备的过程中由于聚合物链分子间作用力大，极易发生团聚，导致电池的动力学性能差和活性位点利用率低
。2022
年，王等人通过传统的氧化法制备的聚
1,8
‑
二氨基萘电极在
0.1Ag
‑1电流密度下仅表现出
171mAh g
‑1的初始放电容量，对应的活性位点利用率仅为
50
％左右
。
[0004]因此，探索具有良好分布结构
、
提高电子导电性和高安全性的新型有有机电池复合正极材料至关重要
。
[0005]本专利首次将
1,8
‑
二氨基萘与多孔碳制备成纳米复合材料，利用原位电聚合及纳米孔的纳米限制效应，使单体在多孔碳内原位聚合形成纳米结构的聚合物多孔电极，显著地提高聚合物的活性位点利用率，同时，形成的电极具有优异的循环稳定性
。
本专利技术有效地填补了利用原位电化学聚合法制备有机电池复合材料的空白
。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对已有技术存在的问题，本专利技术首次将单体与多孔碳制备成纳米复合材料，利用原位电聚合及纳米孔的纳米限制效应，制备了一种全新的有机电池复合正极材料，显著地提高导电聚合物的活性位点利用率的同时，使其具有良好的动力学性能以及循环稳定性
。
本专利技术有效地填补了一种有机电池复合正极及其制备方法和应用
。
[0007]本专利技术旨在解决导电聚合物的容量低以及目前已有技术中高掺杂水平与循环稳定性的矛盾
、
操作复杂以及成本高等问题
。
[0008]本专利技术以多孔碳作为制备导电聚合物的载体，通过简单的蒸发法制备单体
/
多孔碳纳米复合物材料，其原位电聚合之后与电解质形成一种有机电池复合正极材料
。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种有机电池复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]1)
以
1,8
‑
二氨基萘作为单体，以多孔碳作为载体，通过蒸发法制备的单体
/
多孔碳纳米复合物材料；
[0012]2)
将制备的单体
/
多孔碳纳米复合物材料制备成电极，并组装电池，在电池充电时单体在电池内部原位电聚合之后与电解质形成有机电池
‑
电解质一体化复合材料
。
[0013]所述的步骤
1)
是将单体溶解于二氯甲烷
、
三氯甲烷或者二甲基亚砜中形成单体有机溶液，向其中加入多孔碳，将混合溶液超声至混合均匀后，在室温～
100℃
下真空直至完全干燥，即得到单体
/
多孔碳纳米复合物材料
。
[0014]所述的单体有机溶液浓度优选为2ꢀ‑
6mg/ml。
[0015]所述的单体与多孔碳质量比优选为
2:1
‑
6。
[0016]本专利技术制备机复合正极材料应用于电池正极
。
[0017][0018]所述的步骤
(2)
的制备方法采用通常的电极制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)
将制备的单体
/
多孔碳纳米复合物材料
、
碳黑和聚偏氟乙烯或海藻酸钠按质量比
60
‑
80
：
30
‑
10
：
10
分散于
N
‑
甲基吡咯烷酮或水中，浆料搅拌均匀后涂布于铝箔上方，
50
‑
70℃
干燥2‑6小时后剪切成极片并作为正极，电池采用
2032
型号扣式电池，玻璃纤维作为隔膜，金属锌箔作为负极，电解液采用
3M Zn(OTf)2in Water
；
[0020](2)
组装电池后置于
Land 2001A
电池测试系统进行电化学性能测试，测试电压范围为
0.3
‑
1.8V
，在首圈充电过程中，在电场作用下单体在纳米孔内原位电聚合形成纳米结构的导电聚合物电极
。
[0021]本专利技术的效果说明如下：
[0022]本专利技术具有的特点和优势：操作简单
、
原料价格低廉且来源广泛
、
绿色环保
、
可实现大规模生产，满足实际应用的第一要求；苯胺为液体，无法实现固态聚合，1‑
氨基萘活性位点密度低，无法实现更高的比容量和能量密度，
1,8
‑
二氨基萘具有高的活性位点密度，具有更高的理论比容量；聚合物的制备方法基本为传统的化学氧化法，但这种方法制备的聚合物在电极制备过程中极易团聚，导致差的电化学性能；原位电化学聚合可以在一定程度上改善电极结构的形貌，但仍有大块的聚合物颗粒；我们通过将
1,8
‑
二氨基萘封装到活性碳的纳米孔内制备成
1,8
‑
二氨基萘
/
活性碳纳米复合物材料，并制备电极，在充电过程中单体在纳米孔内原位聚合，进而形成纳米结构的多孔电极，改善电极结构的形貌，提高聚合物的掺杂水平，纳米孔也可以为形成的聚合物链在充放电过程中的体积变化提供充足的缓冲空间，延长电极的循环寿命；在半电池测试中，制备的
1,8
‑
二氨基萘
/
活性碳纳米复合物正极材料具有高达
373.4mAhg
‑1的可逆比容量
(
目前聚
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种有机电池复合正极材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
1)
以
1,8
‑
二氨基萘作为单体，以多孔碳作为载体，通过蒸发法制备的单体
/
多孔碳纳米复合物材料；
2)
将制备的单体
/
多孔碳纳米复合物材料制备成电极，并组装电池，在电池充电时单体在电池内部原位电聚合之后与电解质形成有机电池
‑
电解质一体化复合材料
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤
1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继兴，赵小铷，王撰平，杨钧凯，许运华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：