[发明专利]一种含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料的制备方法，包括：(1)以含氨基苯甲酸衍生物为酰基化试剂，利用Friedel‑Crafts酰基化反应对碳纳米材料进行氨基功能化改性，得到氨基化碳基底材料；(2)将氨基化碳基底材料超声分散于溶剂中，然后在氮气保护下，依次加入二胺单体和二酐单体，高温反应后，经冷却、过滤、洗涤、真空干燥，得到粉末；置于惰性气氛下热处理，即得。本发明的复合电极材料作为锂离子电池负极材料使用时，具有高比容量、高倍率、高循环稳定性的电化学特性。

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一类重要的化学电源，其应用市场就随着时代和科技的发展逐步拓宽，正由手机、笔记本电脑等小型电器逐步走向电动汽车领域，从而对能量密度、功率密度等电化学性能提出了更高的要求。锂离子电池性能的提高与电极材料的特性密切相关，传统锂离子电池受电极材料容量的限制，已经无法满足目前市场的需求，且无机材料包含的钴、镍等重金属会严重污染自然环境，不符合绿色可持续发展的理念。有机电极材料具有理论比容量高、原料来源广、可循环利用等优点，近年来备受关注，有望在未来得到大规模应用。

但是，有机锂离子电池相比无机电池来说，也有其本身的缺陷。有机小分子理论比容量高，但其易溶解于电解液，因此整体循环性并不理想。有机聚合物虽然能够有效地降低溶解度，但分子结构中常常包含大量非活性基团，从而导致理论比容量有所减少，因此将额外的活性基团引入聚合物分子链结构中来保持其高理论比容量尤为重要。此外，为改善聚合物的导电性能，往往借助π-π相互作将聚合物与碳纳米管、石墨烯等导电材料相结合来制备复合电极，这同样也牺牲了电极材料的部分比容量。

采用含有电化学活性基团的共价键将聚合物与碳基导电材料利用化学键连接制备复合电极材料是一种更有效的方法。一方面，由于碳材料自身存在大量的共轭sp²杂化结构，能产生有效的电子共轭效应来稳定自由基，从而可以在体系中引入一定量的电化学活性基团而不必额外增加过多的芳杂环；另一方面，通过化学键的键连可以提高电子在异质相界面的传输速率，并有利于加强体系在电化学反应过程中的结构稳定性，有望实现聚合物电极材料在储能容量、倍率性能和稳定性等方面的多效提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料的制备方法，该方法在降低溶解性和增加导电性的同时，可以有效提高聚酰亚胺材料的比容量。

本发明提供了一种含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料的制备方法，包括：

(1)将等质量的含氨基苯甲酸衍生物和碳纳米材料加入到容器中，然后加入多聚磷酸PPA 和五氧化二磷P₂O₅，在保护气氛下进行氨基功能化改性，经抽滤、洗涤得到含酮羰基结构的氨基化碳基底材料；

(2)在保护气氛下，将上述含酮羰基结构的氨基化碳基底材料、二胺单体、二酐单体依次加入到溶剂中，150～210℃下搅拌反应8-12h，经冷却、过滤、洗涤、真空干燥，得到粉末；将粉末置于惰性气氛下热处理，得到含酮羰基键链结构聚酰亚胺复合电极材料；其中含酮羰基结构的氨基化碳基底材料的质量分数为5-40wt％，二胺单体和二酐单体的摩尔比为1:1～1.5。

所述步骤(1)中的含氨基苯甲酸衍生物为4-氨基苯甲酸、3-氨基苯甲酸、3,4-二氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸、4-氨基-4’-羧基二苯醚中的一种或几种。结构式如下：

所述步骤(1)中的碳纳米材料为三维膨胀石墨、二维氧化石墨烯纳米片、一维多壁/单壁碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种。

所述步骤(1)中的含氨基苯甲酸衍生物和碳纳米材料的质量比为3:1～1:1。

所述步骤(1)中的多聚磷酸PPA和碳纳米材料的质量比为20:1～30:1。