[發(fā)明專利]作為粘結(jié)劑的環(huán)糊精串接聚苯胺預聚體的制備及使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010007299.9
• 申請日: 2020-01-04
• 公開（公告）號: CN111171185A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李洲鵬;吳青霞;劉賓虹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: C08B37/16
• 分類號: C08B37/16;C08G73/02;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/32;H01M4/30;H01M4/14;H01M4/20;H01M10/06;H01M10/0525;H01M10/30;H01G11/26;H01G11/32
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發(fā)明涉及功能高分子及其合成技術(shù)，旨在提供一種作為粘結(jié)劑的環(huán)糊精串接聚苯胺預聚體的制備及使用方法。包括：將β?環(huán)糊精溶液滴加至苯胺溶液中，超聲分散、攪拌降溫，得到苯胺環(huán)糊精包合物溶液；將引發(fā)劑溶液滴加至其中，升溫后超聲分散，得到預聚體溶液；加熱蒸發(fā)部分溶劑，備用。本發(fā)明得到的環(huán)糊精串接聚苯胺，其外側(cè)羥基具有親水性和粘結(jié)力，也能提高離子傳導，其內(nèi)側(cè)空腔存在的聚苯胺長鏈高分子實現(xiàn)了電子在環(huán)糊精分子空腔內(nèi)的傳遞，與傳統(tǒng)粘結(jié)劑相比，得到的具有導電性的水溶性粘結(jié)劑，可以大大降低電極阻抗；本發(fā)明制備的粘結(jié)劑環(huán)保綠色，可有效提高鋰離子電池、超級電容、堿性和酸性二次電池的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功能高分子及其合成技術(shù)，更具體的說，以苯胺為單體，利用環(huán)糊精空腔包容非極性分子的特點，實現(xiàn)聚苯胺分子長鏈貫穿環(huán)糊精空腔形成環(huán)糊精串接聚苯胺，具備導電性和粘結(jié)性的雙功能高分子材料，以及基于環(huán)糊精串接聚苯胺作為導電粘結(jié)劑用于電極制備的使用方法。

背景技術(shù)

功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它們之所以具有特定的功能，是由于在其大分子鏈中結(jié)合了特定的功能基團，或大分子與具有特定功能的其他材料進行了復合，或者二者兼而有之。例如吸水樹脂，它是由水溶性高分子通過適度交聯(lián)而制得，遇水時將水封閉在高分子的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，吸水后呈透明凝膠，因而產(chǎn)生吸水和保水功能。有些共軛雙鍵體系的高分子如聚乙炔等，具有半導體性質(zhì)，稱為高分子半導體，如在電子非定域化的分子間分子軌道相互作用很強，則由于載流子的生成和轉(zhuǎn)移容易進行，會表現(xiàn)出很強的電學性能，稱為導電高分子。

聚苯胺是一種高分子化合物，具有特殊的電學、光學性質(zhì)，經(jīng)摻雜后可具有導電性及電化學性能。聚苯胺因其具有原料易得、合成工藝簡單、化學及環(huán)境穩(wěn)定性好等特點而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。可應(yīng)用于生物或化學傳感器的尿素酶傳感器、電子場發(fā)射源，作為鋰電極材料具有更優(yōu)異的充放電可逆性，也可應(yīng)用于選擇性膜材料、防靜電和電磁屏蔽材料、導電纖維、防腐材料等等。

聚苯胺的導電性源于分子鏈中的π電子共軛結(jié)構(gòu)：隨分子鏈上π電子體系的擴大，π成鍵態(tài)和π*反鍵態(tài)分別形成價帶和導帶，這種非定域的π電子共軛結(jié)構(gòu)經(jīng)摻雜可形成P型和N型導電態(tài)。不同于其他導電高分子在氧化劑作用下產(chǎn)生陽離子空位的摻雜機制，聚苯胺的摻雜過程中電子數(shù)目不發(fā)生改變，而是由摻雜的質(zhì)子酸分解產(chǎn)生H⁺和對陰離子(如Cl^-、硫酸根、磷酸根等)進入主鏈，與胺和亞胺基團中N原子結(jié)合形成極子和雙極子，離域到整個分子鏈的共軛π鍵上，從而使聚苯胺呈現(xiàn)較高的導電性。這種獨特的摻雜機制使得聚苯胺的摻雜和脫摻雜完全可逆，摻雜度受pH值和電位等因素的影響，并表現(xiàn)為外觀顏色的相應(yīng)變化，聚苯胺也因此具有電化學活性和電致變色特性。

環(huán)糊精是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成的一系列環(huán)狀低聚糖的總稱。環(huán)糊精分子具有略呈錐形的中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在其空洞結(jié)構(gòu)中，外側(cè)上端(較大開口端)由C2和C3的仲羥基構(gòu)成，下端(較小開口端)由C6的伯羥基構(gòu)成；錐形的中空圓筒立體環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)具有親水性，而空腔內(nèi)由于受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區(qū)。疏水性的空洞內(nèi)可嵌入各種疏水有機化合物，形成包接復合物，并改變被包絡(luò)物的物理和化學性質(zhì)。可以在環(huán)糊精分子上交鏈許多官能團或?qū)h(huán)糊精交鏈于聚合物上，進行化學改性或者以環(huán)糊精為單體進行聚合。環(huán)糊精分子含葡萄糖單元的分子數(shù)越多，疏水區(qū)空腔的空容越大，能夠包容更大的疏水分子。其中含有7個葡萄糖單元分子的β-環(huán)糊精空腔尺寸與苯環(huán)尺寸相當，有利于形成苯胺環(huán)糊精包接復合物。環(huán)糊精分子錐形的中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)外側(cè)的仲羥基和伯羥基，具有形成氫鍵、配位和耦合能力，提供強大的粘結(jié)力。

電池性能主要取決于電極性能，電極是通過粘結(jié)劑將電化學活性物質(zhì)顆粒與導電劑顆粒粘合到集電極上形成的。雖然粘結(jié)劑在電極中所占的質(zhì)量比并不大，但粘結(jié)劑通常是絕緣體，電極的導電性能主要取決于粘結(jié)劑的導電能力。同時，粘結(jié)劑的粘結(jié)性能是決定電極壽命的關(guān)鍵因素。因此，粘結(jié)劑在電池技術(shù)中極為重要。