[发明专利]一种杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料，其制备步骤包括将一定量的木质素磺酸盐和蒽醌‑2‑磺酸钠同时溶于一定量的蒸馏水中，得到杂化掺杂溶液；将一定量纤维素纤维分散在杂化掺杂溶液中，并置于冰水浴中，机械分散后，加入一定量的吡咯单体，机械搅拌一定时间后，逐滴加入三氯化铁氧化剂溶液引发聚合；聚合一定时间之后，将产物过滤、洗涤、干燥后，得到杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料。本发明具有工艺简单，原料易得，适合大规模的工业化生产，制备得到的杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料具有低成本、高比容量的特性。

技术领域

本发明涉及柔性电极材料领域，尤其涉及一种杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料及制备方法。

背景技术

柔性电子的发展带来各种新颖的应用，如可折叠手机、电子皮肤、可植入电子医疗设备等，不断的满足社会需求，提高人们的生活品质。理想的柔性电子设备在弯曲、折叠、压缩时均可进行使用。柔性电子设备的发展也催生了对柔性储能系统的需求。因此，柔性电子产品所使用的储能系统，在满足能量密度和功率密度要求的同时，也必须能够满足上述提到的弯曲、折叠等条件。然而，制备低成本、轻便、环境友好的柔性储能设备仍然是一个巨大的挑战。对于柔性储能设备的开发而言，柔性电极材料的开发是至关重要的研究方向。

纸基柔性电极材料是以可再生、可降解的纤维素纤维为原料，将导电聚合物、金属氧化物、碳材料等储能功能物质中的一种或几种，通过不同方法与其复合制备的新型柔性储能材料，可以实现低成本、环境友好的能量储存。导电聚合物作为储能功能物质，具有导电性好、价格低廉、合成简单等优点，其自身可以发生快速的氧化还原反应，同时伴随着掺杂离子的嵌入与脱出，表现出较好的电化学储能能力。导电聚合物与纤维素纤维复合的过程简单、操作方便，受到越来越多的关注，在实现柔性电极材料的大规模制备方面有巨大潜力。在导电聚合物中，聚吡咯具有较高的理论导电性和比电容。目前报道的聚吡咯纸基柔性电极材料的制备方法中，原位聚合法具有明显优势。相对于纸张涂布等在成纸上的操作，原位聚合法制备的聚吡咯纸基电极材料可以完整的保持纸张多孔性并保证聚吡咯在纸张表面和内部的均匀分布。聚吡咯纸基柔性电极材料的性能与聚吡咯的掺杂状态密切相关，通过对掺杂剂的调控可以有效的改善柔性电极材料的性能。木质素磺酸盐可以提高聚吡咯导电纸的强度性能，但是，大多数制得的聚吡咯纸基柔性电极材料都存在比电容较低的问题。

因此，急需提出一种工艺简单，原料易得，适合大规模工业生产的杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料及制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对聚吡咯纸基柔性电极材料普遍都存在比电容较低，制备过程复杂，不适合大规模工业化生产的问题，提出了一种杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料及其制备方法。

本杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将一定量的木质素磺酸盐和蒽醌-2-磺酸钠同时溶于一定量的蒸馏水中，得到杂化掺杂溶液；

步骤二：将一定量纤维素纤维分散在杂化掺杂溶液中，并置于冰水浴中，机械分散后，加入一定量的吡咯单体，机械搅拌一定时间后，逐滴加入三氯化铁氧化剂溶液引发聚合；

步骤三：聚合一定时间之后，将产物过滤、洗涤、干燥后，得到杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料。

其中，纤维素纤维用量为2g，则吡咯单体用量为0.1-0.2mol，蒸馏水用量为200ml，木质素磺酸盐用量的摩尔量为吡咯单体用量的摩尔量的1％-20％，蒽醌-2-磺酸钠用量的摩尔量为吡咯单体用量的摩尔量的1％-20％，FeCl₃用量为0.1-0.2mol。

其中，杂化掺杂型聚吡咯纸基柔性电极材料的制备方法具体包括以下步骤：

步骤一：在室温下，分别称取适量木质素磺酸钠和蒽醌-2-磺酸钠，同时置于烧杯中，加入蒸馏水，超声溶解10min，待全部溶解并搅拌均匀，即得到杂化掺杂溶液；