随着社会的发展和能源环境问题的日益突现,传统的无机二次电池难以满足当代物质文化增长对新材料提出的新要求,这促进科学家们对高效清洁的,与能源相关材料的大力发展和研究。其中作为高效清洁储能设备的二次锂离子电池被赋予很高的期望。但是目前传统的以无机材料为电极材料的锂离子电池仍存在着一定的问题。例如,传统的无机材料在自然界储量有限,无法实现大规模的工业化;即使实现工业化,其带来的环境问题也是很棘手的。这些原因更进一步促进了人们开始转向更为绿色环保的有机材料。其中共轭羰基材料作为比较重要的一类具有电化学活性的有机材料,包括一系列有机小分子和聚合物,以及聚合物复合材料等的研究近年都有报道,相关技术也在逐渐进步。同时共轭羰基化合物的高比容量和高结构稳定性,也吸引着我们继续研究和发展锂离子电池有机电极材料。作为一种比较重要的有机共轭羰基材料,聚酰亚胺类材料由于含共轭结构的二酐单体所引入的羰基,可以在一定条件下发生可逆的氧化还原反应,使其呈现电化学活性。因其具有结构多样、理论比容量高、化学结构稳定和耐高温等特性,将其作为锂离子电池的正极材料将有望表现出优异的电化学性能。基于此,本论文围绕聚酰亚胺正极材料的制备与电化学性能研究出发,分别从聚合物的结构设计、聚合条件调控以及复合电极材料的制备三个方面对萘酐类聚酰亚胺的合成、结构、形貌及电化学性能测试等开展工作。(1)聚合物的结构设计:利用萘酐分别与乙二胺和尿素聚合制备得到相应聚合物(分别记为NEP和NOP),利用元素分析、红外图谱、固体核磁和溶解性实验等验证了各聚合物结构。通过电化学性能的分析可知,通过聚合后,聚酰亚胺相比二酐单体来说表现了更好的结构稳定性,且NOP展现出更好的倍率性能与循环稳定性,在20 m A/g的条件下,NOP的比容量可达到175 m Ah/g,在较高电流密度500 m A/g时,其比容量能维持在133 m Ah/g,且在50 m A/g的扫速下经60圈的充放电循环后,其比容量仍可以维持在153 m Ah/g,比NEP表现了更佳的电化学性能。同时通过理论计算分析,对于NOP结构的充放电反应机理做了探讨。(2)聚合条件的调控:针对NOP体系,通过控制反应时间和单体聚合浓度来研究不同聚合条件对NOP的结构形貌及电化学性能的影响。由不同反应时间的结果表明,聚合时间的增长有利于NOP比容量的提高,而当聚合时间达到8小时后,其性能增长缓慢并逐渐趋于稳定;当聚合时间为8小时时产物具有最高比容量,可达154 m Ah/g,并且在经过50圈的循环后其容量几乎没有衰减,稳定在151 m Ah/g,同时该产物也具有最小的电荷转移电阻。由不同反应浓度实验的结果分析,随着聚合浓度的增大,NOP的比容量展现是逐步下降的,4 mmol组别的比容量最高,且经过60圈的循环后容量能保持98%左右。因此,在聚合时间为8小时,聚合浓度为4 mmol时所得聚酰亚胺正极材料具有较好的电化学性能。(3)复合电极材料的制备:通过原位聚合和共混法两种不同的方式制备NOP/CNT柔性电极膜,并对其结构、形貌和电化学性能进行研究。结果证明,制备的NOP复合电极膜具有一定的柔性,可承受一定程度的弯曲。从SEM图像上分析CNT含量较低时,聚合物的分散效果不佳,块体外露明显,而具有高浓度CNT的复合材料中聚合物的分散情况有所改善。在电化学性能方面,具有高浓度CNT组别的复合膜比容量展现良好,NOP-A2组的在500 m A/g的电流密度下还能保持在135 m Ah/g左右,说明原位聚合所得材料具有更佳的倍率性能,相比共混法所得产物其在高电流密度下具有更高的比容量。