【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池，具体涉及一种聚吡咯/石墨烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、钠离子电池主要是由正极、电解液、隔膜、负极和外壳等部件组成，电解液由含钠离子的有机溶液组成，隔膜则为玻璃纤维，正极材料常见的有金属氧化物，外壳种类繁多，形状各异，负极材料要考虑结构稳定、不可逆容量等因素，目前种类也有不少，例如：硬碳、合金材料等。钠离子电池在充放电过程中，通过钠离子在正、负极材料之间的脱嵌来实现化学能与电能的相互转化的充放电行为。充电时，正极失电子，钠离子从正极脱出，进入电解液，穿过隔膜，嵌入负极表面，然后与负极材料发生反应，电子通过外电路传输到负极，放电过程与充电过程刚好相反，钠离子从负极脱出，重新到达正极表面与正极材料反应。在常规充放电过程中，钠离子在正负两极之间往返运动，和锂电池摇椅式原理类似。
2、二维纳米石墨烯具有特殊的蜂窝状晶格结构，赋予了它良好的机械性能和热稳定性，使得其比表面积增大了许多，同时也提升了其电导率，与其它的导电聚合物复合后，其比表面积进一步拓展，材料表面也分布着丰富的官能团，可以极大地提升聚合物的电容性能。这样的结构为聚吡咯供给更多区域，使得聚吡咯电化学反应活性增强，从而提升材料的电化学性能。石墨烯的纳米结构使其具有较高的电导率和导热系数，杨军等[21]通过采取化学气相沉淀法的方法，使得石墨烯薄膜包覆三维网状结构的泡沫铜，形成两者的复合材料，使石墨烯均匀分散在铜基上，在最大程度上提升材料的导电性能。
3、作为一种优异的导电聚合物，聚吡咯(ppy)具有电导率和比电容值高等特点
4、与纯ppy相比，由其合成复合材料在各种性能方面都占据优势，例如：热稳定性。研究表明，ppy/rgo复合材料比起单一的聚吡咯或者石墨烯，其综合性能更令人满意。聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法有很多，其中较为常用的有原位聚合法、电化学聚合法和界面聚合法。基于该复合材料良好的导电性能和热稳定性，使得聚吡咯/石墨烯的复合材料的研究成为该领域研究的主流方向之一。
5、但是目前的复合材料仍然存在一下问题：
6、单层石墨烯片层极易堆积，比表面积的减少使其丧失了部分储钠空间；首次库伦效率低；初期容量衰减快等。聚吡咯作为一种导电聚合物，具有较大的比表面积且环境友好等特点，但聚吡咯循环稳定性及加工性能较差。
技术实现思路
1、为了综合解决上述问题，本专利技术提出一种聚吡咯/石墨烯复合材料及其制备方法，通过以聚吡咯/石墨烯复合材料为电极的负极材料进行深入的分析和研究，通过石墨烯的导电性能进行表征的方式，对石墨烯进行聚吡咯复合改性，使其展现出最优良的导电性能。在将来开发低成本、高效率、优异的导电性能的电极材料，突破现有技术的限制，开发出满足各种需求的钠离子电池负极材料成为主要的发展方向。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种聚吡咯/石墨烯复合材料，以三氯化铁、甲基橙和吡咯单体为原料，合成ppy纳米管，再加入石墨烯，最终合成聚吡咯/石墨烯复合材料。
4、一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，包括：
5、步骤1：以三氯化铁、甲基橙和吡咯单体为原料，通过常温聚合法合成ppy纳米管；
6、步骤2：以ppy纳米管和石墨烯为原料，通过水浴加热法合成聚吡咯/石墨烯复合材料。
7、优选的，步骤1包括：
8、步骤1.1：在水中加入三氯化铁和甲基橙，搅拌半小时；
9、步骤1.2：加入吡咯单体，放置于室温下搅拌24h后，将所得黑色产物使用乙醇、去离子水洗涤数次置于烘箱50℃干燥24h，获得ppy纳米管。
10、优选的，步骤2包括：
11、步骤2.1：将步骤1的ppy纳米管与石墨烯溶液混合，加水，调整石墨烯浓度为1mg﹒ml-1，搅拌混合均匀；
12、步骤2.2：加入l-抗坏血酸，交替搅拌，超声至底部无沉淀，水浴加热2h，获得水凝胶，冷冻干燥获得最终产物。
13、优选的，步骤1.1中三氯化铁、甲基橙和吡咯单体的质量比为：0.41：0.05：0.1。
14、优选的，步骤2.1中ppy纳米管与石墨烯的质量比为14:1。
15、优选的，步骤2.2水浴加热的温度为95℃。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、1.本专利技术制备的一维纳米聚吡咯材料，具有高比表面积的特点，这使其具有更大的反应表面和更高的活性，可以用于能量转换和化学反应等领域。因此可以改善其循环稳定性差的问题，同时，大片层石墨烯的引入，可以进一步提升聚吡咯纳米线的分散性，减缓聚吡咯纳米线在脱嵌钠过程中产生的体积膨胀，提升复合材料的循环稳定性。
18、2.本专利技术制备的材料在500ma/g的大电流密度下循环时，ppy/rgo复合材料在500个循环后保持58.1mah/g的可逆容量。聚吡咯纳米管和石墨烯的复合克服了负极材料聚吡咯在电极充放电过程中体积和质量变化带来的影响，并且获得了更好的性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种聚吡咯/石墨烯复合材料，其特征在于：以三氯化铁、甲基橙和吡咯单体为原料，合成PPy纳米管，再加入石墨烯，最终合成聚吡咯/石墨烯复合材料。
2.一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
3.根据权利要求2所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1包括：
4.根据权利要求3所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2包括：
5.根据权利要求4所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1.1中三氯化铁、甲基橙和吡咯单体的质量比为：0.41：0.05：0.1。
6.根据权利要求5所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2.1中PPy纳米管与石墨烯的质量比为14:1。
7.根据权利要求6所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2.2水浴加热的温度为95℃。
【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯/石墨烯复合材料，其特征在于：以三氯化铁、甲基橙和吡咯单体为原料，合成ppy纳米管，再加入石墨烯，最终合成聚吡咯/石墨烯复合材料。
2.一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
3.根据权利要求2所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1包括：
4.根据权利要求3所述的一种聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2包括：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。