[发明专利]一种交联型共轭聚合物薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种交联型共轭聚合物薄膜及其制备方法和应用，该交联型共轭聚合物薄膜的主链由咔唑和稠环共轭基团构成。在该交联型共轭聚合物薄膜的侧链修饰苯乙烯基团并引入多枝状咪唑交联剂都能提高聚合物的交联程度，进而形成疏松多孔的表面结构。这种独特的网状结构有利于在电极材料和电解质之间提供更大的接触面积从而提高离子传输速率，同时交联型共轭聚合物薄膜作为保护层，也提升了电极材料的稳定性。本发明的交联型共轭聚合物薄膜具有优异的电化学性能和循环稳定性能，在二次电池和超级电容器等电化学储能器件领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种可以提高电化学储能器件中电极材料的循环稳定性的交联型共轭聚合物薄膜及该交联型共轭聚合物薄膜的制备方法和应用，属于有机存储材料技术领域。

背景技术

随着全球经济的快速增长，化石燃料枯竭以及环境污染等问题不断加剧，人们迫切需要高效、清洁和可持续的能源以及与能源转换和储存相关的新技术。电能作为目前应用最广的能源之一，电化学能量存储器件的更新发展对当下能源应用起着至关重要的作用。

常见的锂离子、钾离子等二次电池中的电极材料在电池充电过程中由于锂离子、钾离子等的迁入使得体积剧烈膨胀，而在放电的过程中离子的迁出又会使得体积显著缩小。如此大幅且反复的体积变化会破坏活性材料自身结构，还会导致活性材料从集流体上脱落，严重影响电池的循环稳定性。

超级电容器在电化学循环过程中，附着在集流体表面的活性物质会随着电解液离子的不断穿插而发生形态上的变化，使得活性物质破损，进而从集流体上脱落下来，造成电容的急剧下降，循环稳定性变差。这种现象在一些表面光滑的集流体如ITO、FTO上就更加严重了。这些缺点限制了超级电容器的广泛应用。因此，如何提高电化学储能器件中电极材料的循环稳定性已经成为了亟待解决的问题

发明内容

发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明的第一目的是提供了一种可以提高电化学储能器件中电极材料的循环稳定性的交联型共轭聚合物薄膜，本发明的第二目的是提供一种制备该交联型共轭聚合物薄膜的方法，本发明的第三目的是提供该交联型共轭聚合物薄膜在制备二次电池或超级电容器中的应用。

技术方案：本发明所述一种交联型共轭聚合物薄膜，所述交联型共轭聚合物薄膜的主链由咔唑和稠环共轭基团构成，所述交联型共轭聚合物薄膜的侧链修饰苯乙烯基团并引入多枝状咪唑交联剂，所述交联型共轭聚合物薄膜表面为疏松多孔结构。

本发明所述的交联型共轭聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备咔唑类单体；

(2)咔唑类单体与稠环共轭单体反应得到链状聚合物；

(3)将链状聚合物与苯乙烯基团反应，得到侧链带苯乙烯基团的链状聚合物；

(4)将链状聚合物与多枝状咪唑交联剂发生预交联反应得到预交联溶液；

(5)在电极表面修饰巯基；

(6)将侧链带苯乙烯基团的链状聚合物溶于有机溶剂配成溶液与预交联溶液进行混合后覆盖到表面修饰巯基的电极表面，用紫外灯光照，加热，退火后电极表面形成的电极保护层薄膜即为交联型共轭聚合物薄膜。

进一步地，步骤(1)中，所选的咔唑类单体具有以下结构：

其中R为1～12个碳原子的烷基，X为卤素原子。

进一步地，步骤(2)中，所述的链状聚合物具有以下结构：

其中Ar代表稠环共轭单元；n为20-300之间的整数。

进一步地，所述Ar选自如下单元中的一种：