CN110534711A - 一种聚酰亚胺复合材料的制备方法以及聚酰亚胺复合材料在电池中的应用 - Google Patents

一种聚酰亚胺复合材料的制备方法以及聚酰亚胺复合材料在电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)获得含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液；b)将所述分散液在非活性气氛下，在140～150℃下反应4～8小时，经分离，洗涤，干燥，得到干粉；c)将所述干粉在非活性气氛下，300～350℃下烧结8～12小时，得到所述聚酰亚胺复合材料；所述非活性气氛选自氮气、氦气、氩气中的至少一种。以及所述聚酰亚胺复合材料在电池中的应用。该方法所使用的碳基材料为常见的导电碳，相对于石墨烯和碳纳米管等导电物质来说成本具有优势，并且较高的比表面积很容易的使聚酰亚胺类材料原位复合形成复合材料。

Description

一种聚酰亚胺复合材料的制备方法以及聚酰亚胺复合材料在 电池中的应用
技术领域
本申请涉及一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
传统锂离子电池使用有机电解液，有机电解液容易燃烧以及电极材料与电解液反应造成热失控现象，存在较大的安全问题。除此之外，在制造过程中，无水无氧的严苛条件，锂离子的电池成本较高。水系锂离子电池是以水为基础的电池体系，水系电解液通常使用无机锂盐，如Li2SO4、LiNO3等，该原料价格普遍较低，来源渠道广泛。水系锂离子电池解决了传统锂离子电池的所面临的几个重要问题：1.从根本解决了有机电解液容易燃烧的现象，保证安全性；2.制造过程中不需要严苛的条件，在空气中等组装等；3.水溶液电解液比有机电解液的电导率高两个数量级，从而有较高的循环效率及高的功率。所具有的以上优点，它被视为具有开发利用潜能的新型绿色化学能源，非常适合大规模储能市场。
聚酰亚胺类有机材料，已被证明可以在水系锂离子电池和水系液流电池中工作，但是聚酰亚胺类有机材料在水系锂离子电池中导电率较差，在制备电极时要添加足够的导电剂，比如超导炭黑(Super P)，碳纳米管等导电性能优异的导电剂，再与粘结剂研磨混合制备浆料。但通过该方法添加的导电剂含量通常较高，一般在10％到30％之间，且通过研磨的方式，导电剂与负极材料结合不够紧密。通过原位方法，让聚酰亚胺在碳基上聚合形成复合材料，可以使有机基团与碳基较好地结合，既能提高导电性，又能制备一定的纳米形貌和提高活性位点数量。专利CN201811534376采用碳基支撑聚酰亚胺阵列材料，用于基于碳酸酯类电解液的传统锂离子电池，并得到了较好的倍率性能，但其使用的碳基材料为碳纳米管、石墨烯、碳气凝胶和碳纳米纤维等，价格高昂且难以获取。在合成方面，该工作使用的是水热法，需要反应釜，在高压和200℃条件下反应12h，反应苛刻、代价高。此外，碳酸酯类电解液为有机体系，在意外情况下容易起火和爆炸，无法满足储能和电动汽车领域对电池安全的要求。专利CN201611206643原位地制备了聚酰亚胺石墨烯复合纤维，并用于线性水系锂离子电池。类似地，该工作在合成复合材料中需要使用高温高压的水热反应。在水系电池应用方面，正极材料为磷酸铁锂。该材料循环稳定性一般。电解液为凝胶类盐溶液，不适用于需要快充的大电池应用。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，解决了现有负极材料的导电性能较差，导致电池的电化学性能较差，在电极制备以及电池组装时需要额外添加性能优异的导电剂。通过该方法添加的导电剂含量通常较高，一般在10％到30％之间，且该导电剂与负极材料结合不够紧密；现有的聚酰亚胺类碳基复合材料，所使用的碳基常见的为石墨烯、碳纳米管或软碳等，成本高，难获取；现有的聚酰亚胺类碳基复合材料，常需要水热法进行复合。该方法需要反应釜，和长时间高温高压等苛刻条件的技术问题。
所述聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)获得含有碳基材料、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液；
b)将所述分散液在非活性气氛下，在140～150℃下反应4～8小时，经分离，洗涤，干燥，得到干粉；
c)将所述干粉在非活性气氛下，300～350℃下烧结8～12小时，得到所述聚酰亚胺复合材料；
所述非活性气氛选自氮气、氦气、氩气中的至少一种；
所述聚酰亚胺单体包括式I所示的化合物和式II所示的化合物；
所述聚酰亚胺复合材料中的聚酰亚胺的化学式如式III所示；
其中，Ar选自C6～C20的芳基、C4～C20的杂芳基中的至少一种；
R选自C2～C5的亚烷基、C6～C20的芳基、C4～C20的杂芳基中的至少一种；
n＝1000～10000。
可选地，其特征在于，步骤a)中所述分散剂选自羧甲基纤维素钠、聚乙二醇中的至少一种。
可选地，步骤a)中所述含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液还包括溶剂；
所述溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、乙酸二乙酯中的至少一种。。
可选地，步骤a)中所述含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液中超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的质量比为5～10：0.075～0.15：100；
其中，聚酰亚胺单体的质量按其100％聚合成聚酰亚胺计。
可选地，步骤a)包括：
a1)向反应器中加入超导炭黑、羧甲基纤维素钠和溶剂，经搅拌，超声，得到第一分散液；
a2)将含有聚酰亚胺单体的溶液加入所述第一分散液，搅拌，得到所述获得含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液。
可选地，根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，Ar选自苯基、萘基、蒽基、芘基中的至少一种；
R选自亚乙基、对位取代的苯基中的至少一种。
可选地，Ar为萘基；
R为亚乙基。
具体地，所述方法包括：
步骤A：在小烧杯中加入聚酰亚胺合成量5％的超导炭黑(Super P)，然后加入超导炭黑(Super P)含量1.5％的羧甲基纤维素钠(CMC)，加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)磁力搅拌10min，转移到超声波中超声分散30min；
步骤B:在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的溶液中按照摩尔比1：1加入1,4,5,8-萘四甲酸酐粉末与乙二胺溶液，保持磁力搅拌，然后加入步骤A中的混合液。在氩气气氛保护的玻璃烧瓶中进行。将烧瓶转移到50℃油浴中，并逐步升温至150℃，在该温度下反应4～8h；
步骤C：将生成物收集，离心，去除上清液。对于下方离心沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺稀释清洗，进行第二次离心。再用乙醇进行清洗离心。最终物质在真空烘箱中烘干，得到干粉。
步骤D：将上述干粉在氩气气氛保护的管式炉中进行烧结，烧结时间为8h。
根据本申请的另一个方面，提供一种聚酰亚胺复合材料电极。
所述聚酰亚胺复合材料电极包括：
电极活性物质，所述电极活性物质选自根据所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法制备的聚酰亚胺复合材料中的至少一种；
粘结剂；和
集流体。
可选地，所述电极活性物质、粘结剂的质量比为10～12：1.11～1.13。
可选地，所述电极活性物质、粘结剂的质量比为9：1。
可选地，所述粘结剂选自聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、羟丙基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯中的至少一种；
所述集流体选自不锈钢网、不锈钢片、钛网、铜网、多孔铝箔中的至少一种。
可选地，所述活性物质的面密度为1～2mg·cm2。
具体地，所述聚酰亚胺类碳基复合材料电极包括：
活性物质：聚酰亚胺类碳基复合材料
粘结剂：聚四氟乙烯(PTFE)乳液
集流体：不锈钢网
制备流程：将活性物质、粘结剂按照质量比例为9:1，在乙醇溶液中混合搅拌形成膏状，辊压到不锈钢网上，然后真空烘干，极片压片机取样，电极面积约为1.5cm2，活性物质的面密度约为1～2mg cm-2。
根据本申请的另一个方面，提供一种所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法，包括以下步骤：
将含有电极活性物质、粘结剂原料，与溶剂混合，得到膏状物，复合到集流体上，干燥，制样，得到所述聚酰亚胺复合电极。
可选地，所述复合的方式选自辊压、挤压、涂布中的至少一种。
具体地，所述聚酰亚胺类碳基复合材料电极包括：
活性物质：聚酰亚胺类碳基复合材料
粘结剂：聚四氟乙烯(PTFE)乳液
集流体：不锈钢网
制备流程：将活性物质、粘结剂按照质量比例为9:1，在乙醇溶液中混合搅拌形成膏状，辊压到不锈钢网上，然后真空烘干，极片压片机取样，电极面积约为1.5cm2，活性物质的面密度约为1～2mg cm-2。
根据本申请的又一方面，提供一种水系离子半电池，包括：
正极，所述正极选自所述的聚酰亚胺复合电极、根据所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法制备的聚酰亚胺复合电极中的至少一种；和
电解液，所述电解液为含有硫酸锂的水溶液。
可选地，所述水系离子半电池还包括：
负极，所述负极选活性碳布；和
隔膜，所述隔膜选自玻璃纤维滤纸、AGM隔膜、纤维素无纺布隔膜中的至少一种。
具体地，所述水系离子半电池包括：
电解液：1.0～2.5M硫酸锂(Li2SO4)水溶液
隔膜：玻璃纤维滤纸(孔隙率1微米以下，厚度260微米左右)
正极：聚酰亚胺类碳基复合材料电极
负极：活性碳布。
根据本申请的又一方面，提供一种水系离子全电池，包括：
负极，所述负极选自所述的聚酰亚胺复合电极、根据所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法制备的聚酰亚胺复合电极中的至少一种；
电解液，所述电解液为含有硫酸锂的水溶液；和
正极，所述正极含有正极活性物质；所述正极活性物质包括锰酸锂。
可选地，所述水系离子全电池还包括隔膜；
所述隔膜选自玻璃纤维滤纸、AGM隔膜、纤维素无纺布隔膜中的至少一种。
可选地，所述正极的制备方法包括：
将含有正极活性物质、导电碳、粘结剂的原料，与溶剂混合，得到膏状物，复合到集流体上，干燥，制样，得到所述正极。
具体地，所述水系离子全电池包括：
电解液：1.0～2.5M硫酸锂(Li2SO4)水溶液
隔膜：玻璃纤维滤纸(孔隙率1微米以下，厚度260微米左右)
正极：锰酸锂电极
负极：聚酰亚胺类碳基复合材料电极。
具体地，所述锰酸锂电极包括：
活性物质：锰酸锂
粘结剂：聚四氟乙烯(PTFE)乳液
集流体：不锈钢网
制备流程：将活性物质、导电碳、粘结剂按照质量比例为8:1:1，在乙醇溶液中混合搅拌形成膏状，辊压到不锈钢网上，然后真空烘干，极片压片机取样，电极面积约为1.5cm2，活性物质的面密度约为1～2mg cm-2。
本申请中，所述芳基和杂芳基为芳香族化合物分子中失去芳香环上任意个氢原子后形成的基团。例如，失去四个氢原子。当芳香环上不包含N、O、S等杂原子时，形成的基团为芳基；当芳香环上包含N、O、S等杂原子时，形成的基团为杂芳基。形成芳基或杂芳基的芳香族化合物，芳香环上可以没有取代基也可以有取代基，典型的取代基如烷基、羧基、羟基、卤代基等。
本申请中，所述C4～C20的杂芳基是含有碳原子数为4～20杂环芳香环的芳香族化合物分子中，芳香环上失去任意个氢原子后形成的基团。例如，失去四个氢原子。C4～C20指的是杂芳基中杂环芳香环上的碳原子数为4～20。杂环芳香环为含有N、O、S等杂原子的芳香环。含有杂环芳香环的芳香族化合物，包含杂环与苯环形成的稠环芳香环化合物，如苯并呋喃，其苯环或者呋喃环上失去任意一个氢原子形成的基团，均为杂芳基。
本申请中，所述C6～C20的芳基是芳香环碳原子数为6～20且芳香环上不含有杂原子的芳香族化合物分子中，芳香环上失去任意个氢原子后形成的基团。例如，失去四个氢原子。C6～C20指的是芳基中不含杂原子的芳香环上的碳原子数为6～20。不含有杂原子芳香环的芳香族化合物，指共轭的芳香环体系中，不包含N、O、S等杂原子。
所述C2～C5的亚烷基为碳原子数为2～5的直链烷基、碳原子数为2～5的带有支链的烷基。
本申请中，所述芳香环可以为单环芳香环、多环芳香环或者稠环芳香环。其中，所述单环芳香环可以为苯环，也可以为含有N、O、S等杂原子的五元或者六元杂环。所述多环芳香环，含有多个苯环和/或杂环，且苯环与苯环之间、苯环与杂环之间、杂环与杂环之间，不共用碳原子，如联苯环。所述稠环芳香环，含有多个苯环和/或杂环，且苯环与苯环之间、苯环与杂环之间、杂环与杂环之间，存在共用的碳原子，如萘环、苯并呋喃环等。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的聚酰亚胺复合材料的制备方法，该方法提出了一种聚酰亚胺类有机材料与传统碳基材料形成复合材料的方案。此方案中，碳基材料包括超导炭黑(SuperP)，其具有独特的支链状形态，导电接触点较多，导电性能优异，并且具有极高的比表面积，可以很容易的使聚酰亚胺类有机材料原位地聚合形成复合物。且通过此种方法添加的碳基导电材料的量，远小于额外添加导电剂的方案。该方案中的有机材料为一种含有萘环的聚酰亚胺类聚合物，其重复单元中具有一个萘环，和两个酰亚胺结构与四个羰基官能团。其中羰基官能团具有电化学活性，可吸附和脱附锂离子从而贡献容量。在器件应用方面，本方案将该材料与锰酸锂结合制备水系锂离子电池，该电池使用硫酸锂水溶液作为电解液，成本低，易获取，适合大规模储能能用。正极材料锰酸锂，在水系环境下可稳定存在，循环性好，能够保证水系电池的寿命。
2)本申请所提供的聚酰亚胺复合材料的制备方法，加入的碳基材料的含量通常低于10％，一般在2％～5％之间。所使用的碳基材料为常见的导电碳，成本具有优势，并且较高的比表面积很容易的使聚酰亚胺类材料原位复合形成复合材料。
3)本申请所提供的水系离子电池，首次将聚酰亚胺-超导炭黑(Super P)碳基复合材料应用于水系锂离子电池中，提高了聚酰亚胺类系列水系锂离子电池的倍率和快充性能。首次将聚酰亚胺-超导炭黑(Super P)碳基复合材料与锰酸锂正极材料结合构建水系锂离子全电池。
4)本申请所提供的水系离子电池，由于采用了水系电解液，该电池绝对安全，不起火，不爆炸。聚酰亚胺类碳基复合材料的电极制备工艺简单；电池装配无需密封和干燥等；电极材料能够在水系电池中稳定存在，具有较高的容量和循环稳定性，循环次数可达1000次以上，高于铅酸电池(400次)。除此之外，此种材料比其它电极材料有较高的电子传导速率，较高导电率和较好的倍率性能，适合大倍率、大功率充放电，这些优点可以满足储能方面的要求。
附图说明
图1(a)为实施例3中半电池1-D1在1C倍率下充放电曲线图；
图1(b)为实施例3中半电池1-D1在2C倍率下充放电曲线图；
图1(c)为实施例3中半电池1-D1在1C倍率下循环性能图；
图1(d)为实施例3中半电池1-D1在2C倍率下循环性能图；
图1(e)为实施例3中半电池1-D1在不同倍率下循环性能图；
图2(a)为实施例3中半电池1-1在1C倍率下充放电曲线图；
图2(b)为实施例3中半电池1-1在2C倍率下充放电曲线图；
图2(c)为实施例3中半电池1-1在1C倍率下循环性能图；
图2(d)为实施例3中半电池1-1在2C倍率下循环性能图；
图2(e)为实施例3中半电池1-1在不同倍率下循环性能图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下：
利用深圳新威电子有限公司型号为BTS-5V20mA电池检测设备进行电池的电化学性能测试进行电性能分析。
实施例1聚酰亚胺复合材料的制备
步骤A：在小烧杯中加入聚酰亚胺合成量5％的超导炭黑(Super P)，然后加入超导炭黑(Super P)含量1.5％的羧甲基纤维素钠(CMC)，加入20mL溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)磁力搅拌10min，转移到超声波中超声分散30min。
步骤B：在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的溶液中按照摩尔比1：1加入1,4,5,8-萘四甲酸酐粉末与乙二胺溶液，保持磁力搅拌，然后加入步骤A中的混合液。在氩气气氛保护的玻璃烧瓶中进行。将烧瓶转移到50℃油浴中，并逐步升温至150℃，在该温度下反应4h。
步骤C：将生成物收集，离心，去除上清液。对于下方离心沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺稀释清洗，进行第二次离心。再用乙醇进行清洗离心。最终物质在真空烘箱中90℃下烘干12小时，得到干粉。
步骤D：将上述干粉在氩气气氛保护的管式炉中进行烧结，烧结温度为350℃，烧结时间为8h，得到的聚酰亚胺复合材料记为样品1。
实施例2聚酰亚胺复合材料的制备
具体操作同实施例1，区别在于，步骤A为：在小烧杯中加入聚酰亚胺合成量10％的超导炭黑(Super P)，得到的聚酰亚胺复合材料记为样品2。
对比例1聚酰亚胺材料的制备
具体操作同实施例1，区别在于，步骤A中不加入超导炭黑(Super P)，得到的聚酰亚胺材料记为D1。
实施例3半电池的制备
半电池
电解液：2.0M硫酸锂(Li2SO4)水溶液
隔膜：玻璃纤维滤纸(孔隙率1微米以下，厚度260微米左右)
正极：聚酰亚胺类碳基复合材料电极
负极：活性碳布
制备过程：负极壳/负极/隔膜/正极/垫片/弹片/正极壳。组装完毕，使用扣式电池封口机在1500Kg压力下进行封口。。
分别采用实施例1中的样品1、实施例2中的样品2以及对比例1中的样品D1得到半电池1-1、半电池1-2以及半电池1-D1。
实施例4聚酰亚胺类碳基复合材料电极的制备
聚酰亚胺类碳基复合材料电极
活性物质：聚酰亚胺类碳基复合材料
粘结剂：聚四氟乙烯(PTFE)乳液
集流体：不锈钢网
制备流程：将活性物质、粘结剂按照质量比例为9:1，在乙醇溶液中混合搅拌形成膏状，辊压到不锈钢网上，然后真空烘干，极片压片机取样，电极面积约为1.5cm2，活性物质的面密度约为2.0mg cm-2。
分别采用实施例1中的样品1、实施例2中的样品2以及对比例1中的样品D1得到电极1-1、电极1-2以及电极1-D1。
实施例5锰酸锂电极的制备
活性物质：锰酸锂
粘结剂：聚四氟乙烯(PTFE)乳液
集流体：不锈钢网
制备流程：将活性物质、导电碳、粘结剂按照质量比例为8:1:1，在乙醇溶液中混合搅拌形成膏状，辊压到不锈钢网上，然后真空烘干，极片压片机取样，电极面积约为1.5cm2，活性物质的面密度约为2.0mg cm-2，得到的锰酸锂电极记为F1。
实施例6全电池的制备
全电池
电解液：2.0M硫酸锂(Li2SO4)水溶液
隔膜：玻璃纤维滤纸(孔隙率1微米以下，厚度260微米左右)
正极：锰酸锂电极
负极：聚酰亚胺类碳基复合材料电极
分别采用实施例4中的电极1-1、电极1-2以及电极1-D1作为负极，采用实施例5中的锰酸锂电极F1作为正极，分别得到全电池1-1、全电池1-2以及全电池1-D1。
实施例7全电池的制备
具体操作同实施例6，区别在于电解液为2.5M硫酸锂(Li2SO4)水溶液，分别得到全电池2-1、全电池2-2以及全电池2-D1。
实施例8电化学性能测试
对实施例3中得到的半电池1-1、半电池1-2以及半电池1-D1进行电性能测试。
对半电池1-1、半电池1-2以及半电池1-D1进行充放电电性能和循环性能测试。图1(a)为实施例3中半电池1-D1在1C倍率下充放电曲线图；图1(b)为实施例3中半电池1-D1在2C倍率下充放电曲线图；图1(c)为实施例3中半电池1-D1在1C倍率下循环性能图；图1(d)为实施例3中半电池1-D1在2C倍率下循环性能图；图1(e)为实施例3中半电池1-D1在不同倍率下循环性能图；图2(a)为实施例3中半电池1-1在1C倍率下充放电曲线图；图2(b)为实施例3中半电池1-1在2C倍率下充放电曲线图；图2(c)为实施例3中半电池1-1在1C倍率下循环性能图；图2(d)为实施例3中半电池1-1在2C倍率下循环性能图；图2(e)为实施例3中半电池1-1在不同倍率下循环性能图。
图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)基于聚酰亚胺类碳基复合材料的水系半电池的充放电曲线，均对应实施例3中半电池1-1。使用时先放电，之后进行充电和放电循环往复。充放电电流：1C＝100mA/g。图2(a)显示，1C充放电电流下，第一圈的可逆充放电容量有110mAh/g；图2(b)显示，2C充放电电流下，第一圈的可逆充放电容量有100mAh/g，图2(c)和图2(d)可以看出，在1C和2C充放电电流下，容量保持率和循环稳定性较好，循环100次后容量保持率均达99％。充放电曲线对称性好，说明材料极化小，添加导电碳以后的导电性好。图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)、图1(e)基于聚酰亚胺类无碳基材料的水系半电池的充放电曲线，均对应实施例3中半电池1-D1。图1(a)和图1(b)显示，1C和2C充放电电流下，第一圈的可逆充放电容量分别有85mAh/g和65mAh/g，充放电曲线较为分散，材料出现了较严重的极化现象；从图1(c)和图1(d)可以看到,在1C和2C充放电电流下，容量保持率和循环稳定性较差，甚至循环过程中库伦效率出现较严重的反常。
充放电曲线和循环曲线，说明加入碳以后，材料的电化学性能，包括充放电及循环性能有很大的提高。
对半电池1-1以及半电池1-D1进行倍率性能测试，分别见图2(e)和图1(e)，可以看到，碳基复合的材料的在1C，2C，5C，10C，20C倍率下相对于无碳基的聚酰亚胺材料的循环稳定性较好，容量较高。综上所述，碳基复合的材料作为电极材料具有较好的电化学性能。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)获得含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液；
b)将所述分散液在非活性气氛下，在140～150℃下反应4～8小时，经分离，洗涤，干燥，得到干粉；
c)将所述干粉在非活性气氛下，300～350℃下烧结8～12小时，得到所述聚酰亚胺复合材料；
所述非活性气氛选自氮气、氦气、氩气中的至少一种；
所述聚酰亚胺单体包括式I所示的化合物和式II所示的化合物；
所述聚酰亚胺复合材料中的聚酰亚胺的化学式如式III所示；
H2N-R-NH2 式II
其中，Ar选自C6～C20的芳基、C4～C20的杂芳基中的至少一种；
R选自C2～C5的亚烷基、C6～C20的芳基、C4～C20的杂芳基中的至少一种；
n＝1000～10000。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述分散剂选自羧甲基纤维素钠、聚乙二醇中的至少一种；
优选地，步骤a)中所述含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液还包括溶剂；
所述溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、乙酸二乙酯中的至少一种；
优选地，步骤a)中所述含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液中超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的质量比为5～10：0.075～0.15：100；
其中，聚酰亚胺单体的质量按其100％聚合成聚酰亚胺计；
优选地，步骤a)包括：
a1)向反应器中加入超导炭黑、羧甲基纤维素钠和溶剂，经搅拌，超声，得到第一分散液；
a2)将含有聚酰亚胺单体的溶液加入所述第一分散液，搅拌，得到所述获得含有超导炭黑、分散剂、聚酰亚胺单体的分散液；
优选地，Ar选自苯基、萘基、蒽基、芘基中的至少一种；
R选自亚乙基、对位取代的苯基中的至少一种；
优选地，Ar为萘基；
R为亚乙基。
3.一种聚酰亚胺复合材料电极，其特征在于，包括：
电极活性物质，所述电极活性物质选自根据权利要求1或2所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法制备的聚酰亚胺复合材料中的至少一种；
粘结剂；和
集流体。
4.根据权利要求3所述的聚酰亚胺复合材料电极，其特征在于，所述电极活性物质、粘结剂的质量比为10～12：1.11～1.33；
优选地，所述粘结剂选自聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、羟丙基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯中的至少一种；
所述集流体选自不锈钢网、不锈钢片、钛网、铜网、多孔铝箔中的至少一种；
优选地，所述活性物质的面密度为1～2mg·cm2。
5.权利要求3或4所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有电极活性物质、粘结剂原料，与溶剂混合，得到膏状物，复合到集流体上，干燥，制样，得到所述聚酰亚胺复合电极。
6.跟据权利要求5所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法，其特征在于，所述复合的方式选自辊压、挤压、涂布中的至少一种。
7.一种水系离子半电池，其特征在于，包括：
正极，所述正极选自权利要求3或4所述的聚酰亚胺复合电极、根据权利要求5或6所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法制备的聚酰亚胺复合电极中的至少一种；和
电解液，所述电解液为含有硫酸锂的水溶液。
8.根据权利要求7所述的水系离子半电池，其特征在于，所述水系离子半电池还包括：
负极，所述负极为活性碳布；和
隔膜，所述隔膜选自玻璃纤维滤纸、AGM隔膜、纤维素无纺布隔膜中的至少一种。
9.一种水系离子全电池，其特征在于，包括：
负极，所述负极选自权利要求3或4所述的聚酰亚胺复合电极、根据权利要求5或6所述的聚酰亚胺复合电极的制备方法制备的聚酰亚胺复合电极中的至少一种；
电解液，所述电解液为含有硫酸锂的水溶液；和
正极，所述正极含有正极活性物质；所述正极活性物质包括锰酸锂。
10.根据权利要求9所述的水系离子全电池，所述水系离子全电池还包括隔膜；
所述隔膜选自玻璃纤维滤纸、AGM隔膜、纤维素无纺布隔膜中的至少一种；
优选地，所述正极的制备方法包括：
将含有正极活性物质、导电碳、粘结剂的原料，与溶剂混合，得到膏状物，复合到集流体上，干燥，制样，得到所述正极。
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