[发明专利]聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜及其制备方法、电池、电子书

说明书

技术领域

本发明属于聚胺组合物及含石墨有机物导电材料技术领域，具体涉及一种聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜制备方法、所制备的复合材料薄膜和以其为电极材料制备的电池及电子书。 

背景技术

自1974年白川英树首次发现导电聚合物以来，导电聚合物领域的研究得到迅速发展。导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。这些特点决定了导电聚合物材料将在未来的有机光电子器件和电化学器件的开发和发展中发挥重要作用。 

目前已知的导电聚合物中，聚苯胺由于其具有原料易得，合成简单，拥有良好的环境稳定性、优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、化学稳定性及光学性能、潜在的溶液和熔融加工性能，具有独特的掺杂现象等优点，被认为是最有工业化应用前景的功能高分子。但其加工性能、溶解性能、物理力学性能差等问题极大地限制了聚苯胺的应用与发展，为此，需要对聚苯胺进行改性来改善聚苯胺的某些物理化学性能。 

石墨烯是目前已知世界上最薄而强度最高的材料，且有优异的电学、光学、柔韧性和稳定性，是一种超柔性导体，使基于石墨烯薄膜成为可能。将石墨烯与聚苯胺复合，可提高聚苯胺的结晶度，减少聚苯胺的结构缺陷，大大提高载流子的流动性。 

宋继霞等人利用两步法制备出聚苯胺-石墨烯复合物，先采用原位聚合得到聚苯胺-石墨烯氧化物复合物，再通过肼加热还原制备聚苯胺-石墨烯复合物(中国专利申请号：201010287916.1)。 此方法工艺复杂，石墨烯平面上的含氧基团不可能彻底还原除去，所造成的结构缺陷会导致石墨烯的电子传输性能受到影响，且涉及的强还原剂肼对周围的环境产生了极大的污染。 

ITO(氧化铟锡)曾被作透明电极材料，广泛用于液晶面板、触摸屏、电子纸、太阳能电池等领域，但ITO材料存在过度弯曲时容易破裂的危险，而导电聚合物制造成本低，可用来制造又薄又轻且弯曲时也不会破裂的电子书。 

导电聚苯胺作为电池的电极材料具有较高的能量密度，将碳材料与聚苯胺复合成为挖掘具有高性能电极新材料的途径之一。 

石墨烯具有优异的导电性和机械性能，在复合材料中引入石墨烯类材料，石墨烯/聚苯胺组分间的协同作用使得复合材料的比电容和充放电循环寿命性能大大提高。 

目前尚未有导电聚合物聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜用于电子书、电池等领域透明电极材料的相关专利见报导。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的制备工艺复杂、材料结构有缺陷导致不能用作电极材料等不足，提供一种聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜制备方法、所制备的复合材料薄膜和以其为电极材料制备的电池及电子书，该制备方法工艺简单、操作方便、制备工艺对环境友好，相对于现有技术，本发明具有简单实用且高效的优势，所制备的聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜连续、厚度可控、质量好，可作为电极材料用于电池及电子书等领域。 

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜制备方法采用电化学聚合法，以苯胺-石墨烯单体修饰电极为正极或工作电极置于酸性电解液中，在所述正极或工作电极表面制备出厚度可控的聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜。 

本发明中采用电化学聚合法是因为电化学聚合法具有以下优点：(1)装置简单，条件易于控制，能控制高聚物膜的厚度；(2) 聚合物膜厚均匀且再现性高；(3)能够合成各种导电性聚合物；(4)可在单体聚合的同时进行掺杂。由于苯胺的聚合电位低于酸性水溶液的氧化分解电位，所以在水溶液中就可以电化学聚合。而导电高分子聚苯胺在碱性和中性水溶液中会发生脱质子化而脱掺杂，从而失去电化学活性，因此其电化学聚合一般是在酸性水溶液中进行。 

本发明聚苯胺-石墨烯复合材料薄膜的制备方法中所述苯胺-石墨烯单体修饰电极的制备方法包括：所述苯胺-石墨烯单体修饰电极是通过制备石墨烯及苯胺的Nafion悬浮液，将所述石墨烯及苯胺的Nafion悬浮液均匀涂布于电极基底，真空烘干所得到。 

优选的是，所述制备石墨烯及苯胺的Nafion悬浮液包括：在室温下将石墨烯与苯胺加入到Nafion溶液中，充分分散得悬浮液；所述石墨烯为0.002-0.008g重量份，苯胺为0.01-0.09mL体积份，所述Nafion溶液为0.1-5mL体积份且浓度为0.01-5wt％。 

进一步优选的是，所述充分分散得悬浮液具体为：采用磁力搅拌或超声振荡分散，磁力搅拌转速10-60r/min，搅拌时间为10-50min；超声震荡分散条件为5-25℃下5-30min。