[发明专利]氟化石墨/聚噻吩复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化石墨/聚噻吩复合材料及其制备方法，属于无机/有机复合导电材料制备技术。

背景技术

氟化石墨是近些年来才兴起的重要功能性高新技术材料，全球仅有日本、美国、俄罗斯有工业化生产，我国在该领域才刚起步。氟化石墨在锂氟化碳电池及高能量锂氟电池原料中应用，是其最大应用领域之一。

锂氟化碳电池是一次性电池中理论比能量最大的，同时也是被首先作为商品的固体正极锂电池。作为锂氟化碳电池正极材料的氟化石墨是最好的防水剂和固体润滑剂。氟化石墨由于其电压高、比能量高、自放电低等特性，尤其适合在无人或封闭环境中工作的仪表电源。锂氟化碳电池以氟化石墨为正极，是无人监测、远程侦查装置的重要能源。氟化石墨的放电平台(2.5～2.7V)比较平稳，自身放电低，工作温度的范围较广，存储寿命比较长(＞10年)，同时由于氟化石墨的理论质量比能量高，这样就很容易做到轻型化、小型化，因此受到了学者们的关注。

锂氟化碳一次电池所采用的材料没有环境污染，很好地解决了废旧电池回收利用的问题，是真正的环保新能源。同时，锂氟电池由于其良好的高低温性能、平直的放电曲线、非常高的储存性能，成为了目前乃至未来市场前景很广的电池。

对正极材料的研究和应用直接关系着锂电池综合性能的改善、充放循环性能和容量等性能的提高，关系到其在更广阔领城的应用和拓展。因此，如何探索新型高性能正极材料，寻找宽松、可控的制备方法就成了国际迫切要解决的问题。

最近几年，聚噻吩与无机物组成的复合材料引起了人们极大的研究热情。因为这种复合材料不仅具有两者原有的优异性能，容易制备、能够稳定存在，并且表现出了新的的优异性能，如较高的导电性能和发光性能等，这些都是由于复合材料的纳米效应和有机无机物之间的相互作用导致的。具有共轭结构的聚噻吩，是结构型导电高分子材料的重要组成部分。复合材料由于其中聚噻吩含量的不同，可以是半导体材料也可以表现出金属导体的特性，因其具有的导电性能和良好的环境稳定性，所以在电催化、可充电电池、超级电容器和气敏材料等方面表现出很好的应用前景。

由于聚噻吩与无机物组成的复合材料，通常是以无机物为核心，聚噻吩为外壳的核壳结构，所以复合材料的性能和聚噻吩的连接方式有很大的关系。以FeCl₃为引发剂合成聚噻吩的聚合反应式如下：

由于噻吩环上有两种C，Cα和Cβ，因此聚噻吩在聚合过程中，会发生三种连接方式，即α-α连接，α-β连接和β-β连接。研究表明，制备条件的不同，会直接影响聚噻吩连接方式的选择，造成其形成不同的空间结构，从而影响其导电性能。而以α-α方式连接的聚噻吩，在三种连接方式中具有最高的导电性能。聚噻吩的结构式和连接方式如下所示：

聚噻吩与无机物合成的纳米复合材料，在保持原有组分的部分性质不变的前提下，通过协同效应使其具有了单一组分所不具备的性质，甚至起到了优化组分性质的目的，这使复合材料具有很广阔的应用前景。国内外报道了PMMA、PS、PPy与CFx的复合，但CF_X与PTh复合制备高电导率的复合材料还未见报道。为了获得高电导CF_X/PTh复合材料，本文将噻吩单体在搅拌环境下均匀分散在CFx片层表面，以三氯化铁为氧化剂原位聚合制备了CF_X/PTh复合材料，通过红外光谱测试分析了其化学结构，在透射电镜下观察了其微观形貌并对其做了能谱分析，并采用高阻计测量复合材料的电导率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟化石墨/聚噻吩复合材料及其制备方法，该氟化石墨/聚噻吩复合材料，在醇类有机试剂中均匀分散，广泛应用于导电材料、电池、电显器、静电屏蔽和微波吸收等领域。其制备过程简单。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种氟化石墨/聚噻吩复合材料，其特征在于，该复合材料是由聚噻吩均匀包覆氟化石墨而成，所述的聚噻吩呈微观网络形貌，电导率达到12.4×10^-2S/cm。

上述的氟化石墨/聚噻吩复合材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)将氟化石墨加入到氯仿中，配成浓度为2~10mg/mL的悬浊液，在温度-8~0℃条件下匀速搅拌20~24小时，使氟化石墨在氯仿中分散均匀，再按照氟化石墨与噻吩的质量比为1:0.1~0.25，向悬浊液加入噻吩，在温度-8~0℃条件下继续搅拌20~24小时，配成氟化石墨/噻吩的氯仿悬浊液；