[發明專利]尼龍工程塑料高值化電極活性材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811562893.3
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109742343A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 楊應奎;黃志勇;何承恩;邱勝強;韓小彥
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/60;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供尼龍工程塑料高值化電極活性材料及其制備方法，該尼龍工程塑料高值化電極活性材料為尼龍或尼龍/碳復合材料，尼龍/碳復合材料為尼龍與碳納米材料復合而成。本發明開創性的提出使用尼龍工程塑料作為電極活性材料，該類材料雖不含常規有機電極活性材料所具備的共軛結構，但卻具有良好的熱穩定性、機械柔性和電化學氧化還原反應活性，從而具有作為金屬離子電池電極活性材料的潛能。同時，采用該類材料作為電極活性材料，能夠提高尼龍工程塑料的附加值，減少對不可再生過渡金屬氧化物和石墨等礦產資源的使用，非常有益于能源利用的可持續發展。

技術領域

本發明屬于電極材料領域，具體涉及一種尼龍工程塑料高值化電極活性材料及其制備方法。

背景技術

能源是世界文明的驅動力及人類賴以生存與發展的基礎。隨著人類社會對能源需求的急速增加，由此引起環境污染影響與能源供應壓力受到人們廣泛關注。與其他二次電池體系相比，鋰離子電池具有能量比高、循環壽命長、自放電低、工作電壓高、工作溫度寬、便于攜帶等優點，在手機、電腦、電動汽車，及航空航天、國家智能電網儲能調峰等領域有廣泛應用前景。目前，鋰離子電池大多使用可逆嵌鋰離子的化合物，充放電時鋰離子在正負極之間來回移動。這些可以可逆嵌鋰離子的化合物大多為鋰鹽過渡金屬氧化及石墨等無機材料。但是，過渡金屬氧化物與石墨等礦產資源屬于不可再生資源，這些資源儲量為有限儲量，因此，發展新型可再生的有機電極材料將有益于能源利用的可持續發展。

有機電極材料作為一類新興的電化學儲能材料成為鋰離子電池有機正極材料的研究熱點。目前鋰/鈉離子電池中傳統有機電極材料大多數是共軛化合物，能夠發生共軛大π鍵的電子云重排，因而具有一定的電子導電性能。然而，共軛有機電極材料的本征電子導電性以及有限的活性基團利用率導致其比容量和倍率性能相比傳統無機材料還有很大的差距，更重要的是，共軛有機電極材料價格較為昂貴，限制了其廣泛應用。

尼龍工程塑料為一類常見的有機高分子工程塑料，其價格便宜，熱學、力學性能穩定，在機械、化工、電器零件，如齒輪、水泵、輸油管等領域具有非常廣闊的應用，但其低附加值相對較低。由于尼龍是由有酰胺基團(-CO-NH-)的所組成的高聚物，不含傳統有機電極材料中的共軛結構，并且具有電子絕緣性，因此尼龍工程塑料被認為不具有有機電極活性材料的發展潛質。

發明內容

本發明將尼龍工程塑料用作離子電池的電極活性材料，發現其具有較高的比容量、良好的倍率性能和循環穩定性能，基于這一發現本發明提供了以下方案：

<電極活性材料>

本發明提供尼龍工程塑料高值化電極活性材料，其特征在于：尼龍工程塑料高值化電極活性材料為尼龍或尼龍/碳復合材料，尼龍/碳復合材料為尼龍與碳納米材料復合而成。

優選地，本發明提供的尼龍工程塑料高值化電極活性材料，還可以具有以下特征：尼龍為尼龍6(聚己內酰胺)、尼龍7(聚庚內酰胺)、尼龍9(聚任內酰胺)、尼龍11(聚ω-氨基十一酰)、尼龍12(聚十二內酰胺)、尼龍13、尼龍46(聚己二酰丁二胺)、尼龍66(聚己二酰己二胺)、尼龍610(聚癸二酰己二胺)、尼龍612、尼龍1010、尼龍9T(聚對苯二甲酰壬二胺)、聚間苯二甲酰間苯二胺(MPIA)中的任意一種。

優選地，本發明提供的尼龍工程塑料高值化電極活性材料，還可以具有以下特征：碳納米材料為石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管、活性炭、碳纖維、碳氣凝膠、C₆₀中的至少一種。

優選地，本發明提供的尼龍工程塑料高值化電極活性材料，還可以具有以下特征：碳納米材料的質量百分含量為0.5～30％。

<制備方法>

本發明還提供尼龍工程塑料高值化電極活性材料的制備方法，其特征在于：由尼龍與碳納米材料通過物理共混制得。