一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法与流程

本发明涉及电极材料制备领域，特别是涉及一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法。

背景技术：

1、聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜等领域。同时，聚酰亚胺内部含有的共轭羰基，能在一定的条件下发生可逆的氧化还原反应，从而使其成为一种具有电化学活性的电极材料。在聚酰亚胺的内部结构中，存在四个或四个以上的共轭羰基，它们分别对应于四个氧化还原点，则有四个内部电子的转移。

2、聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成，采用非质子极性物质如n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，n,n-二甲基乙酰胺(dmac)，n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)等作为溶剂，这些有机溶剂制备工艺较为复杂、使用成本高；同时，具有一定毒性，对环境造成了不可避免的污染，对实验操作人员的健康也造成了威胁。2003年，澳大利亚的john chiefari等提出水相合成聚酰亚胺的技术，然而，反应物苯二胺和四羧酸二酐在水中的溶解度极小，反应必须要在高温高压进行，反应后难以确定沉淀是聚酰亚胺还是未转化的反应物。三普水相科技有限公司申请的发明专利cn201810787533 .7使用醇和水的混合溶剂作反应介质，但所用的醇为甲醇、乙二醇等，这些醇有较大的毒性，同时，其二胺类反应物对苯二胺在3类致癌物清单中，4,4'-二氨基二苯醚在2b类致癌物清单中。

3、综上，传统聚酰亚胺合成中所采用的溶剂或反应物二胺在不同程度上存在一定的毒性，对环境和人体健康不友好；同时，存在原料结构复杂，生产成本高的问题；由于所制备的聚酰亚胺分子量较大，当用作电池电极材料时，比容量低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法。本方法采用乙醇-水混合溶液为溶剂，以尿素作为二胺，以无毒的四羧酸或四羧酸酐为二酐，所使用的原料来源广泛，绿色、环保、安全。当用作电池电极材料时，比容量高。

2、本发明提供的一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法，包含以下步骤：

3、（1）乙醇-水混合溶剂的配制。按照体积比剂量（如体积比5:5）乙醇-水混合溶剂。

4、（2）二酐和尿素的溶解。称取摩尔比约等的二酐（或四羧酸）和尿素（稍微过量），将其加入上面配制的溶剂中，然后将烧杯置于磁力加热搅拌器上搅拌、溶解。

5、（3）溶剂热反应。将上述溶液转移至水热反应釜中，溶剂热反应制备聚酰亚胺。

6、（4）聚酰亚胺的分离、干燥。反应结束后，打开反应釜，取出其中的样品进行离心分离；然后干燥。

7、（5）制备聚酰亚胺电极片。以聚酰亚胺为活性物质、乙炔黑为导电剂、聚偏氟乙烯为粘合剂，制备出聚酰亚胺电极片。

8、（6）电化学性能测试。组装以聚酰亚胺电极材料为工作电极、硫酸锌水溶液为电解质、锌片为对电极的电池体系，采用电化学工作站和电池测试仪测试聚酰亚胺材料的循环伏安性能和充放电性能。

9、相对于现有技术，本发明具有如下优点：

10、（1）本发明的采用乙醇-水混合溶液为溶剂，以尿素作为二胺，以无毒的四羧酸或四羧酸酐为二酐，所使用的原料来源广泛，绿色、环保、安全。

11、（2）本发明所制备的聚酰亚胺电极材料比容量高、循环性能良好。

技术特征：

1.一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法，其特征在于，采用乙醇-水混合溶液为溶剂，以尿素作为二胺，再加入四羧酸类或四羧酸二酐类化合物，在水热反应釜中反应制备出聚酰亚胺。

2.根据权利要求1所述的乙醇-水混合溶液，其乙醇体积含量包含10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。

3.根据权利要求1所述的四羧酸类或四羧酸二酐类化合物均属于无毒化学品，包含均苯四甲酸、萘四甲酸、苝四甲酸、均苯四甲酸二酐、萘四甲酸二酐、苝四甲酸二酐、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二酐。

4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺电极材料，其电化学性能良好，放电比容量超过170mah/g，循环100次后容量保持率高于80%。

技术总结
本发明公开了一种聚酰亚胺电极材料的绿色制备方法，该方法以乙醇‑水混合溶液作为溶剂，以尿素为其中一种反应物，另一反应物为四羧酸类或四羧酸二酐类化合物，在室温下，将这两种物质置于烧杯中混合搅拌溶解后，倾入水热反应釜中，在200℃下反应5 h，制备出黄棕色的聚酰亚胺。将此聚酰亚胺作为电池电极材料，电化学测试表明其展现出良好的电化学性能，放电比容量超过170 mAh/g，循环100次后容量保持率高于80%。该制备方法绿色、环保、安全，方便大规模批量化生产。

技术研发人员：范佳鑫,赵娅,杨朝巧,杨丽莎,杨欢
受保护的技术使用者：范佳鑫
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13