[发明专利]电阻可调导电聚合物/聚电解质固体复合或混合膜及其制法

说明书

技术领域

本发明属于导电聚合物复合材料，具体地说，是一种导电聚合物/聚电解质固体复合或混合膜。

背景技术

随着微型机器、微电子机械系统和微系统的不断发展，迫切要求其动力系统能量更高、体积更小、更集成、更安全。而微电池所固有的特性恰好适应了这种要求，已经受到许多国家的重视。在元素周期表中，锂的质量较小、电极电位低，使得锂电池具有比容量大、放电电压高、体积小等优点。而对于固体电解质薄膜锂离子电池更是具有许多高级特性，如非常高的能量密度、长循环寿命、全固态所固有的高安全性、方便做成所需的形状和尺寸和可以在苛刻的条件下工作等。这些特性使得固体电解质薄膜锂离子电池与其他微电池相比更适合作为微型系统的动力系统。这类电池的正极材料采用的是传统的金属氧化物嵌锂材料，目前供选择的主要由LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄，但都分别存在着资源少、容量不稳定、制备困难等缺点。

近年来，人们把注意力主要集中在利用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物这类杂环导电聚合物材料作为固体电解质薄膜锂离子电池的正极材料。这类电池因重量轻、体积小、比能量大、安全可靠、无污染等优点被认为是具有革命性的化学能源，受到了人们的极大重视。但是，掺杂离子在导电聚合物中的扩散较慢，限制了其在高速充放电的高功率二次电池正极材料中的应用(参见：1.聚吡咯/聚合物固体电解质双层复合膜研究，苏静、方斌、王庚超、史宇正，功能高分子学报，14，2001；2.聚苯胺复合正极膜固体锂电池，杨兰生，应用化学，13，1996；3.固体电解质薄膜锂离子电池材料研究进展，王斌、瞿美臻、于作龙，化学通报，69，2006。)。

发明内容

本发明的目的是为杂环导电聚合物类固体电解质薄膜锂电池提供一种能够适应快速充放电的正极材料和固体电解质材料。

本发明的技术方案如下：

一种电阻快速可调导电聚合物/聚电解质固体复合膜，它是导电聚合物固体膜作为正极材料，复合有由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯(PC)和高氯酸锂(LiClO₄)组成的聚电解质膜的导电聚合物/聚电解质固体复合膜。

上述的导电聚合物/聚电解质固体复合膜，所述的聚电解质膜中组成的质量比为：聚偏氟乙烯∶聚碳酸酯∶高氯酸锂＝6∶4.5-7.71∶2-3.6

上述的导电聚合物/聚电解质固体复合膜，所述的导电聚合物固体膜可以是磺化聚苯胺(磺化PAn)、聚苯胺纳米纤维、聚吡咯纳米纤维(PPy纳米纤维，)或聚3，4-乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDT-PSS)固体膜。

上述的导电聚合物/聚电解质固体复合膜，所述的聚电解质膜中，可以添加有氟代聚醚树脂(FPE)或聚乙二醇(PEG)，以提高复合膜材料的响应性及耐电压性能。

上述的导电聚合物/聚电解质固体复合膜，所述的聚电解质膜中添加氟代聚醚树脂或聚乙二醇的量为聚电解质膜总质量的4.5～26.1％。

一种制备上述导电聚合物/聚电解质固体复合膜的方法，它由下列步骤组成：

步骤1.将7.2ml苯胺(An)单体溶解于150～200ml 0.5～3M盐酸(HCl)中，另将4～6g过硫酸铵(APS)溶解于40～70ml 0.5～3mol/LHCl中，将两份溶液混合，同时搅拌，反应3～12h后，过滤分离出聚苯胺(PAn)沉淀，用蒸馏水洗涤后室温下真空抽干。

步骤2.取步骤1制得的PAn2～3g，分散于60～80ml 1，2-二氯乙烷(DCE)中，加入4.8～5.4g氯磺酸并加热至70～90℃，同时搅拌，反应5～7h后过滤分离沉淀物，用DCE洗涤并在室温下真空抽干，将固体分散于80～100ml蒸馏水中，加热回流4～8h，由此得到水溶性的磺化PAn水溶液，

步骤3.在80～120℃搅拌条件下，将4～8g聚偏氟乙烯(PVDF)、3～9g聚碳酸酯(PC)、1.5～4g高氯酸锂(LiClO₄)溶解于150～250ml N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或乙酸乙酯(EA)中，由此得到聚电解质(PE)溶液，