一种苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的制备方法

技术领域

本发明属于新能源电子材料技术领域，涉及一种苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的制备方法。

背景技术

聚苯胺，是一种高分子化合物，具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性及电化学性能。而作为苯胺的衍生物，对苯二胺聚合物的导电性能不及聚苯胺，而经过对苯二胺与苯胺进行共聚之后，对材料的结构以及导电性能会产生较大影响。同时二者共聚可以带来更多的醌环结构，从而使得材料的赝电容得到一定的提升。XiaoqiSun等人制备了一种磺酸基掺杂的PANI（PANI-S）用于锌离子电池正极，在0.2A/g时的放电比容量为184mAh/g（Hua-Yu Shi,Yin-Jian Ye,Kuan Liu,Dr. Yu Song,Dr. Xiaoqi Sun,A LongCycle-Life Self-Doped Polyaniline Cathode for Rechargeable Aqueous ZincBatteries,2018, 57.），Dr. Waldemar A等人通过循环伏安法制备了3-氨基卞胺和苯胺的电化学共聚在酸性和中性介质中稳定且具有电活性，并提出不同比例的侧氨基的存在时中性溶液中电活性增加的原因（Dr. Waldemar A. Marmisollé, Danijela Gregurec, Dr.Sergio Moya, Dr. Omar Azzaroni. Polyanilines with Pendant Amino Groups asElectrochemically Active Copolymers at Neutral pH. 2016, 2(12):2011-2019.）。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种制备方法简单、高容量苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

根据本发明，一种苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）通过减压蒸馏的方法将苯胺单体进行多次提纯，并将裁剪好的不锈钢网置于无水乙醇中超声30 min，超声后在60℃干燥2~3 h备用；

（2）称取一定体积的高氯酸配置3mol/L 的高氯酸水溶液，将一定量的对苯二胺和间氨基苯磺酸/β-萘磺酸溶解到高氯酸水溶液中，并超声均匀，

（3）用移液管量取0.1mol/L步骤（1）减压蒸馏制备的苯胺单体加入到步骤（2）溶液中并超声均匀；

（4）采用三电极体系，将步骤（1）得到的不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，采用步骤（3）得到的混合溶液作为电解液，在0.5-1.6 V电位区间下，以扫描速率0.01~0.1V/s进行循环伏安法进行电化学聚合，循环扫描10~50圈；

（5）将步骤（3）得到的电极极片用去离子水洗涤至中性；

（6）将步骤（5）得到的产物在60~80℃下真空干燥12h，即得苯胺-对苯二胺锌离子电池电极材料。

根据本发明，优选的，步骤（2）中的真空干燥温度为60 ℃。

根据本发明，优选的，步骤（2）中的磺酸盐为间氨基苯磺酸和β-萘磺酸。

根据本发明，优选的，步骤（2）中的苯胺和对苯二胺的摩尔比为1:1。

根据本发明，优选的，步骤（4）中的扫描速率为0.01 V/s。

根据本发明，优选的，步骤（4）中的扫描圈数为20圈。

一种苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的制备方法，用于锌离子电池的电极材料。

本发明的技术优势如下：

(1) 本发明制备过程简单，具有可控性，可以通过控制扫描速率、电压窗口、磺酸盐的种类和浓度、苯胺和对苯二胺的比例以及循环扫描圈数等来调控产物的结构和性能。

(2) 本发明制备得到的一种高容量聚苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料具有结构稳定、电化学性能优异、倍率性能好等优点，非常适合作为电极材料应用于锌离子电池领域。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的聚苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料的恒电流充放电图。

图2为本发明实施例1制得的聚苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料红外光谱图。

图3为本发明实施例1制得的聚苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明，但不限于此。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1：

采用3mol/L包含0.1mol/L的苯胺和对苯二胺以及0.01mol/L间氨基苯磺酸的高氯酸水溶液作为电解质；采用三电极体系，以不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，在0.5-1.6 V电位区间下，以扫描速率0.01V/s进行循环伏安法电化学聚合，循环扫描20圈；将电化学聚合后的电极极片用去离子水反复清洗，以去除表面还未反应的苯胺单体，将电极片在60~80℃下真空干燥，即得苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料。

采用CR2032电池壳，以3mol/L三氟甲烷磺酸锌溶液为电解液，0.2A/g测得放电比容量为365.6mAh/g，电化学性能较好。

实施例2：

采用3mol/L包含0.1 mol/L苯胺单体和对苯二胺以及0.01mol/Lβ-萘磺酸的高氯酸水溶液作为电解质；采用三电极体系，不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，在0.5-1.6 V电位区间下，以扫描速率0.01V/s进行循环伏安法电化学聚合，循环扫描20圈；将电聚合后的电极极片用去离子水反复清洗，以去除表面还未反应的苯胺单体，将电极片在60~80℃下真空干燥，即得苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料。

采用CR2032电池壳，以3mol/L三氟甲烷磺酸锌溶液为电解液，0.2A/g测得放电比容量为89.6mAh/g。

实施例3：

采用3mol/L包含0.1 mol/L苯胺单体和对苯二胺以及0.02mol/L间氨基苯磺酸的高氯酸水溶液作为电解质；采用三电极体系，不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，在0.5-1.6 V电位区间下，以扫描速率0.01V/s进行循环伏安法电化学聚合，循环扫描20圈，将电聚合后的电极极片用去离子水反复清洗，以去除表面还未反应的苯胺单体，将电极片在60~80℃下真空干燥，即得苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料。

采用CR2032电池壳，以3mol/L三氟甲烷磺酸锌溶液为电解液，0.2A/g测得放电比容量为209mAh/g，电化学性能较好。

实施例4：

采用3mol/L包含0.1 mol/L苯胺单体和对苯二胺以及0.01mol/L间氨基苯磺酸的高氯酸水溶液作为电解质；采用三电极体系，不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，在0.5-1.6V电位区间下，以扫描速率0.01V/s进行循环伏安法电化学聚合，循环扫描50圈；将电聚合后的电极极片用去离子水反复清洗，以去除表面还未反应的苯胺单体，最后将产物在60~80℃下真空干燥12 h，即得苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料。

采用CR2032电池壳，以3mol/L三氟甲烷磺酸锌溶液为电解液，0.2A/g测得放电比容量为106.4mAh/g，电化学性能较好。

对比例：

采用1 mol/L包含0.1 mol/L苯胺单体和对苯二胺作为电解质；采用三电极体系，不锈钢网作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极作为参比电极和对电极，在0.5-1.6 V电位区间下，以扫描速率0.01 V/s进行循环伏安法电化学聚合，循环扫描20圈；将电聚合后的电极极片用去离子水反复清洗，以去除表面还未反应的苯胺单体，最后将产物在60~80℃下真空干燥12 h，即得苯胺-对苯二胺共聚锌离子电池电极材料。

采用CR2032电池壳，以3 mol/L三氟甲烷磺酸锌溶液为电解液，0.2A/g测得放电比容量为55.6mAh/g。