[发明专利]尼龙工程塑料高值化电极活性材料及其制备方法

说明书

本发明提供尼龙工程塑料高值化电极活性材料及其制备方法，该尼龙工程塑料高值化电极活性材料为尼龙或尼龙/碳复合材料，尼龙/碳复合材料为尼龙与碳纳米材料复合而成。本发明开创性的提出使用尼龙工程塑料作为电极活性材料，该类材料虽不含常规有机电极活性材料所具备的共轭结构，但却具有良好的热稳定性、机械柔性和电化学氧化还原反应活性，从而具有作为金属离子电池电极活性材料的潜能。同时，采用该类材料作为电极活性材料，能够提高尼龙工程塑料的附加值，减少对不可再生过渡金属氧化物和石墨等矿产资源的使用，非常有益于能源利用的可持续发展。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种尼龙工程塑料高值化电极活性材料及其制备方法。

背景技术

能源是世界文明的驱动力及人类赖以生存与发展的基础。随着人类社会对能源需求的急速增加，由此引起环境污染影响与能源供应压力受到人们广泛关注。与其他二次电池体系相比，锂离子电池具有能量比高、循环寿命长、自放电低、工作电压高、工作温度宽、便于携带等优点，在手机、电脑、电动汽车，及航空航天、国家智能电网储能调峰等领域有广泛应用前景。目前，锂离子电池大多使用可逆嵌锂离子的化合物，充放电时锂离子在正负极之间来回移动。这些可以可逆嵌锂离子的化合物大多为锂盐过渡金属氧化及石墨等无机材料。但是，过渡金属氧化物与石墨等矿产资源属于不可再生资源，这些资源储量为有限储量，因此，发展新型可再生的有机电极材料将有益于能源利用的可持续发展。

有机电极材料作为一类新兴的电化学储能材料成为锂离子电池有机正极材料的研究热点。目前锂/钠离子电池中传统有机电极材料大多数是共轭化合物，能够发生共轭大π键的电子云重排，因而具有一定的电子导电性能。然而，共轭有机电极材料的本征电子导电性以及有限的活性基团利用率导致其比容量和倍率性能相比传统无机材料还有很大的差距，更重要的是，共轭有机电极材料价格较为昂贵，限制了其广泛应用。

尼龙工程塑料为一类常见的有机高分子工程塑料，其价格便宜，热学、力学性能稳定，在机械、化工、电器零件，如齿轮、水泵、输油管等领域具有非常广阔的应用，但其低附加值相对较低。由于尼龙是由有酰胺基团(-CO-NH-)的所组成的高聚物，不含传统有机电极材料中的共轭结构，并且具有电子绝缘性，因此尼龙工程塑料被认为不具有有机电极活性材料的发展潜质。

发明内容

本发明将尼龙工程塑料用作离子电池的电极活性材料，发现其具有较高的比容量、良好的倍率性能和循环稳定性能，基于这一发现本发明提供了以下方案：

<电极活性材料>

本发明提供尼龙工程塑料高值化电极活性材料，其特征在于：尼龙工程塑料高值化电极活性材料为尼龙或尼龙/碳复合材料，尼龙/碳复合材料为尼龙与碳纳米材料复合而成。

优选地，本发明提供的尼龙工程塑料高值化电极活性材料，还可以具有以下特征：尼龙为尼龙6(聚己内酰胺)、尼龙7(聚庚内酰胺)、尼龙9(聚任内酰胺)、尼龙11(聚ω-氨基十一酰)、尼龙12(聚十二内酰胺)、尼龙13、尼龙46(聚己二酰丁二胺)、尼龙66(聚己二酰己二胺)、尼龙610(聚癸二酰己二胺)、尼龙612、尼龙1010、尼龙9T(聚对苯二甲酰壬二胺)、聚间苯二甲酰间苯二胺(MPIA)中的任意一种。

优选地，本发明提供的尼龙工程塑料高值化电极活性材料，还可以具有以下特征：碳纳米材料为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、活性炭、碳纤维、碳气凝胶、C₆₀中的至少一种。

优选地，本发明提供的尼龙工程塑料高值化电极活性材料，还可以具有以下特征：碳纳米材料的质量百分含量为0.5～30％。

<制备方法>

本发明还提供尼龙工程塑料高值化电极活性材料的制备方法，其特征在于：由尼龙与碳纳米材料通过物理共混制得。