[发明专利]溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料

说明书

本发明提供了一种溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，通过简单的一步溶剂热连锁聚合法就能制备出具有良好的电化学性能的高分子复合电极材料。本方法具体包括以下步骤：将含有高分子单体、材料A以及引发剂的混合液在一定反应温度下进行溶剂热反应；然后将反应物洗涤干燥，得到高分子复合电极材料，其中，材料A为碳基材料、金属化合物、或碳基材料和金属化合物的混合物，相应的高分子复合电极材料为碳/高分子复合电极材料、金属氧化物/高分子复合电极材料、碳/金属氧化物/高分子三元复合电极材料。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料。

技术背景

随着世界人口的增加，人们对需要消耗能源的电器依赖程度不断增加，与此同时严重的环境问题，这将对人类的健康、能源安全和环境构成严重威胁，因此迫切需要开发高效的电化学储能设备，当前的储能设备有太阳能电池、燃料电池、锂离子电池和超级电容器。这些储能设备的性能很大程度上取决于内部电极材料的性质。

电极材料主要分为碳基材料、金属氧化物和聚合物材料。其中碳基材料包括碳纳米管、碳纤维、石墨烯、活性炭等，其具有优异的导电性和电化学稳定性，但比容量相对较低；金属氧化物包括金属氧化物包括氧化钌、四氧化三钴、二氧化锰、氧化镍、四氧化三铁、二氧化锡和二氧化钛等，金属氧化物具有较高的理论比电容，但其导电性差，且电化学过程中体积变化大，导致循环稳定性较差。聚合物材料包括聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTh)、聚吡咯(PPy)、聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)等，其具有较高的理论比电容、良好的导电性和机械柔韧性，但循环寿命较短。基于性能互补性原则，将聚合物与碳基材料或金属氧化物复合，可以发挥协同效应，提升复合电极材料的综合性能。

目前合成这种高分子复合电极材料的方法有离位物理共混、原位化学氧化聚合、电化学聚合等。预先合成聚合物材料再与碳基材料离位物理共混的方法简单，但是碳基材料通常会不可逆的团聚在一起形成大的团块，导致碳基材料在溶剂中的分散性降低，影响性能的发挥。原位化学氧化聚合和电化学聚合生产过程对反应条件要求较高。例如文献报道的采用水热法合成石墨烯/PANI复合电极材料，需要预先将苯胺、表面活性剂、引发剂，在冰浴下搅拌24h，生成PANI分散液，然后将PANI分散液与石墨烯分散液混合，最后再进行水热反应得到石墨烯/PANI复合电极材料。该方法工序复杂、产率低，不适合大规模生产应用。因此开发一种高效便捷、低成本的高分子复合电极材料的方法非常重要。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，通过简单的一步溶剂热连锁聚合法就能制备出具有良好的电化学性能的高分子复合电极材料。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，其特征在于，包括以下步骤：将含有聚合物单体、材料A以及引发剂的混合液在一定温度下进行溶剂热处理，单体在材料A表面发生连锁聚合反应生成电活性高分子；然后将反应物洗涤干燥，得到高分子复合电极材料，其中，材料A为碳基材料、金属化合物、或碳基材料和金属化合物的混合物，相应的高分子复合电极材料为碳/高分子复合电极材料、金属氧化物/高分子复合电极材料、碳/金属氧化物/聚合物三元复合电极材料。

优选地，本发明提供的溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，还可以具有以下特征：反应温度为120～250℃，反应时间为4～16h。

优选地，本发明提供的溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，还可以具有以下特征：材料A的分散液为：将材料A加入溶剂中，超声5～30min后形成的溶液。

优选地，本发明提供的溶剂热连锁聚合法制备高分子复合电极材料，还可以具有以下特征：碳基材料为石墨烯、乙炔黑、碳纳米管、活性炭、碳纤维、碳气凝胶中的任意一种。