[发明专利]苯胺/N‑甲基硫堇共聚物与锌‑苯胺/N‑甲基硫堇共聚物二次电池

说明书

技术领域

本发明公开了一种苯胺/N-甲基硫堇共聚物，以及利用该共聚物制备的锌-苯胺/N-甲基硫堇共聚物二次电池，属于二次电池的技术领域。

背景技术

导电聚合物是一种新型的高分子材料，具有良好的氧化还原可逆性、导电性、质子交换性和环境稳定性，比较适合作为电池阴极材料。在导电聚合物中，聚苯胺又以合成原料较普遍易得、合成方法单一简单、生产成本较低，在水溶液以及空气中非常稳定，而且当电池放电后，此时处于还原型的聚苯胺在酸性水溶液中能自发质子化和氧化，这非常有助于电池容量的恢复，从而使得聚苯胺成为最有应用前景的电极材料之一。目前，有关聚苯胺作为电池阴极材料的报导的非常多，比如锌-聚苯胺电池、镁-聚苯胺电池、锂-聚苯胺电池等。

虽然聚苯胺虽具有诸多优异的性能，但是其电化学性质深受pH值影响。在低pH的电解液中，锌电极很容易腐蚀，产生锌枝，这对电池很不利，当溶液pH>4.0时，聚苯胺将失去电化学活性，这一弱点严重制约了聚苯胺的应用。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的提供一种在pH>4.0的溶液中仍具有较高电化学活性的苯胺/N-甲基硫堇共聚物；

本发明的第二目的是利用该共聚物作阴极材料构成的具有较高电池容量的锌-苯胺/N-甲基硫堇共聚物二次电池。

发明内容：本发明所述的苯胺/N-甲基硫堇共聚物，它是由下述方法制备而得的：在三电极组成的电解池内，在常温常压下，采用循环伏安法对苯胺、N-甲基硫堇、硫酸组成的电解液进行电解，在工作电极上得到的电解产物为一层较厚的黑色膜，用二次蒸馏水洗涤该电解产物，并于60～90℃下干燥，即得苯胺/N-甲基硫堇共聚物。

其中，所述苯胺的浓度为0.1～0.4mol·dm^-3，N-甲基硫堇的浓度为1.5～3.0mmol·dm^-3，硫酸的浓度为0.3～0.8mol·dm^-3。在利用所述循环伏安法进行电解时，扫描电位范围为-0.1～1.1V，扫描速率为40～100mV·s^-1，电位扫描圈数为20-60圈。所述三电极组成的电解池内，工作电极与辅助电极均为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。

本发明所述苯胺/N-甲基硫堇共聚物作阴极构成的锌-苯胺/N-甲基硫堇共聚物二次电池，该二次电池的阴极为苯胺/N-甲基硫堇共聚物，阳极为锌片，电解液由ZnCl₂与NH₄Cl组成的溶液。

其中，所述电解液中ZnCl₂的浓度为1.5～2.5mol·dm^-3，NH₄Cl浓度为2.0～3.5mol·dm^-3。可以控制所述电解液的pH值为4.2～5.2。二次电池中使用维尼伦布作为隔膜。二次电池的开路电压为1.41V。此外，所述锌片在使用前可以先经α-Al₂O₃抛光，然后依次在乙醇、二次蒸馏水中超声清洗。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：第一、本发明合成的苯胺/N-甲基硫堇共聚物，当溶液pH>4.0时，该共聚物仍具备较高的电化学活性；第二、本发明利用该共聚物作为阴极材料构成锌-苯胺/N-甲基硫堇共聚物二次电池，实验结果证实，该二次电池在pH 4.7的电解液中，其电池容量明显提高；当二次电池以5mA·cm^-2减小到1mA·cm^-2，此时电池比容量由70.06mAh·g^-1增大到92.75mAh·g^-1；当电流密度为2mA·cm^-2时，此时二次电池库伦效率最大为96.62％；该二次电池经过150次充放电后，它的库伦效率为99.16％，比容量仅仅下降了3.43％。本发明的二次电池具有良好的充放电性能，制备方法简单易行，便于生产中的实际操作，具有良好的应用前景。

附图说明

图1a为聚(N-甲基硫堇)的扫描电镜图；

图1b为聚苯胺的扫描电镜图；

图1c为本发明合成的苯胺/N-甲基硫堇共聚物的扫描电镜图；