[發明專利]一種二維柔性導電高分子電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202211187911.0
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115579247A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 劉研研;王化;田興友;張偉;杜燚明
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 魏玉嬌

本發明涉及柔性電子器件技術領域，尤其涉及一種二維柔性導電高分子電極及其制備方法。本發明中手風琴結構的Mxene為吡咯材料的聚合提供二維支架，吡咯單體首先分散于Mxene結構中二維結構中，然后利用聚合劑把不導電的吡咯高分子聚合成具有導電性的聚吡咯導電高分子。這種導電結構可以避免電極材料在反復充放電過程中膨脹和收縮引起的結構坍塌，進而提高電極的使用壽命。制得的電極材料可以單獨作為電極使用，不需要柔性襯底封裝，減少封裝電極材料中的“島橋”現象。同時，利用該電極材料制備器件不但降低器件的質量，而且降低器件的制備成本。

技術領域

本發明涉及柔性電子器件技術領域，尤其涉及一種二維柔性導電高分子電極及其制備方法。

背景技術

柔性化和智能可集成化已經成為當下儲能器件的研究趨勢。在紛繁復雜的材料中，不僅需要滿足高性能的儲能要求，同時也要秉持綠色制造，節約成本的理念。纖維作為日常生活中一種可降解的柔性材料，粗糙多孔，并且吸附性強，是柔性超級電容器基底的最佳選擇之一。

導電聚合物聚吡咯具有導電性高、柔韌性好、價格低廉、穩定性強、合成容易等優點，被廣泛用作超級電容器的導電活性材料。Mxene是一種具有高導電性和大比較面積的二維類材料，具有層狀結構、機械性能好、環境穩定等優點。利用Mxene與聚吡咯形成復合材料不僅可以提高導電率，而且可以避免在反復充放電過程中膨脹和收縮引起的結構坍塌。纖維作為基底與Mxene及聚吡咯進行復合時，纖維固有的機械柔性和二者之間易形成的氫鍵，能夠確保電極的循環穩定性能。

公開號為CN113690062A的中國專利文獻“一種Mxenen/聚吡咯紙基電極材料及其制備方法與應用”公開了通過浸漬工藝將Mxene負載在紙張上，再將負載Mxene的紙張依次浸漬木質素磺酸溶液、吡咯溶液，最后在三氯化鐵高氯酸溶液中聚合反應，得到Mxene/聚吡咯紙基復合材料。該方法首先通過多次浸漬得到Mxene紙基復合材料，然后在多次浸漬吡咯和三氯化鐵聚合劑溶液得到Mxene/聚吡咯紙基復合材料。利用該方法制備復合電極會導致紙基基材上導電材料從上至下呈現聚吡咯--Mxene的分布順序。不同的導電材料會導致整個復合材料的導電性能不同，進而導致復合材料導電性不均勻。在實際使用過程中，亦會大大影響電極的使用壽命。這主要是因為通過該專利保護的Mxene/聚吡咯紙基導電材料的制備方法獲得的電極材料是傳統的表層導電材料，沒有實現電極的本體導電。因此，該方法制備的Mxene/聚吡咯紙基復合材料在實際應用中不能作為柔性電極獨立使用在電子器件上。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種二維柔性導電高分子電極的制備方法，該方法制得的二維柔性導電高分子電極具有導電性均勻、輕質、柔性、環境友好的特點，能作為柔性電極獨立使用在電子器件上。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種二維柔性導電高分子電極的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將吡咯單體分散到水和乙醇的混合溶劑中，得到吡咯溶液，然后在吡咯溶液中加入相同質量的Mxene分散液，其中Mxene分散液中的Mxene具有手風琴結構，吡咯單體與Mxene分散液中Mxene的質量比為1:(7.6-10.1)，0-5℃溫度下混合攪拌60-100min得到混合液A；

步驟2，在混合液A中加入聚合劑，所述聚合劑由六水三氯化鐵、硝酸銀中的一種與高氯酸組成，在0-5℃下攪拌30-60min得到混合液B；

步驟3，將混合液B在0-5℃下保持30-60min，加入厚度0.4-0.8mm的纖維素薄片，原位聚合180-300min，即制得二維柔性導電高分子電極。

作為二維柔性導電高分子電極的制備方法進一步的改進：

優選的，所述混合溶劑中水和乙醇的混合質量比為9:1。

優選的，所述Mxene分散液中Mxene的濃度為10wt％。