CN110998919A - 用于充电电池正极的基于聚苯胺和石墨烯的纳米复合材料及其制造方法 - Google Patents

用于充电电池正极的基于聚苯胺和石墨烯的纳米复合材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种可用作高放电容量充电电池中的正极的混合纳米复合材料。所述纳米复合材料包含呈翠绿亚胺碱状态的聚苯胺大分子，这些大分子位于纳米结构石墨或少层石墨烯的2D颗粒之间。所述纳米复合材料具有高充电/放电特性。还提供了用于制备所述混合纳米复合材料的无溶剂的机械化学方法。

Description

用于充电电池正极的基于聚苯胺和石墨烯的纳米复合材料及 其制造方法
技术领域
本发明涉及作为充电电池正极的活性组分的基于导电聚合物的纳米复合材料以及用于制造所述纳米复合材料的方法。
背景技术
充电电池，尤其是锂、钠、钾或镁电池或相应的金属离子电池，是能够充电和放电的储能和产能装置。此类电池被广泛用作各种便携式电子装置(例如，蜂窝式电话、照相机、音频播放器、膝上型计算机等)以及电动和混合动力车辆、能量网格***以及其他应用的自主电源。重量轻且具有较高充电/放电容量的电池的开发是自主能量学的重要问题。
典型的充电电池，尤其是锂电池，包括正极、电解质和负极。正极材料的充电/放电特性是决定储能容量的重要因素。基于钴、锰、镍和钒的结晶氧化物是锂电池正极材料中研究最多的材料。商业化的LiCoO2具有高氧化还原电位以及长期稳定性。然而，此类材料往往昂贵且有毒，同时充电/放电容量也较低。LiMn2O4由于其足够高的氧化还原电位和相关的低成本而被认为是常规LiCoO2的替代品。然而，这种材料同样在循环时存在充电/放电容量低和长期稳定性不足的问题。尽管LiNiO2由于其放电容量理论上比LiCoO2更佳而成为另一种潜在的正极材料，但是该材料在其制备方面存在很大困难。对于V2O5的情况，就充电/放电循环时材料的稳定性而言，存在不利。因此，迫切需要创造新的电极材料来克服已知的晶体过渡金属氧化物的缺点。
导电共轭聚合物可以替代过渡金属氧化物。具体而言，已知的聚合物材料是聚苯胺(PANI)，其由于共轭键系而具有氧化还原活性，并且由于掺杂效应可以导电并且能够进行可逆的电化学转换，这样使得可以将PANI用作锂电池正极的活性组分。
通常，PANI是化学或电化学制备的。
已知用HCl掺杂的化学合成的PANI的特征在于放电比容量为～20mAh/g，是聚合物大分子50％掺杂度下理论上可能的容量的～14％[K.S.Ryu,K.M.Kim,S.-G.Kang,J.Joo,S.H.Chang.Comparison of lithium//polyaniline secondary batteries withdifferent dopants of HCl and lithium ionic salts.(具有不同掺杂剂HCl和锂离子盐的锂//聚苯胺二次电池的比较。)Journal of Power Sources(《电源杂志》),2000年，第88卷，第197-201页]，并且在通过用NH4OH处理去掺杂之后再掺杂锂盐的化学合成的PANi可以具有～100mA h g-1的放电比容量，是提到的理论上可能的容量的～70％[K.S.Ryu,Y.-S.Hong,Y.J.Park,X.Wu,K.M.Kim,Y.-G.Lee,S.H.Chang,S.J.Lee.Polyaniline dopedwith dimethyl sulfate as a polymer electrode for all solid-state power sourcesystem.(掺杂有硫酸二甲酯的聚苯胺作为所有固态电源***的聚合物电极。)Solid StateIonics(《固态离子学》)，2004年，第175卷，第759-763页]。
还已知电化学合成的PANI的特征在于放电比容量为～100mA h g-1[H.Daifuku,T.Fuse,M.Ogawa,Y.Masuda,S.Toyosawa,R.Fujio.Electric cells utilizingpolyaniline as a positive electrode active material.(利用聚苯胺作为正电极活性材料的电池。)美国专利4,717,634,1988]。同时在[O.Yu.Posudievsky,O.A.Kozarenko,V.S.Dyadyun,V.G.Koshechko,V.D.Pokhodenko.Method for obtaining material for acathode of lithium batteries based on mechanochemically obtained polyaniline.(获得基于机械化学方法获得的聚苯胺的锂电池正极材料的方法。)乌克兰专利，111352,2016]显示，机械化学方法制备的掺杂锂盐的PANI可以具有～146mA h g-1的放电比容量，是提到的在聚合物大分子50％掺杂度下理论上可能的容量的～100％。
然而，PANI的此类放电比容量值不足以制造用于锂电池的高性能正极。
因此，需要创造用于充电电池，尤其是锂电池应用的具有改善的功能性能的新型正极材料。
发明内容
本发明通过在一个实施方案中提供一种可用作高放电容量充电电池，尤其是锂电池中的正极的混合纳米复合材料解决了现有技术的一个或多个问题。该实施方案的纳米复合材料包含导电聚合物PANI和纳米结构石墨或少层石墨烯(Gr)。
在另一个实施方案中，提供了一种用于形成包含导电共轭聚合物PANI和纳米结构石墨或少层石墨烯(PANI/Gr)的混合双组分纳米复合材料的方法。该实施方案的方法包括将化学或机械化学合成的呈翠绿亚胺碱状态的PANI与通过机械化学处理石墨微型薄片和硬度高于石墨的化学惰性基质的混合物而制备的少层石墨烯组合，随后通过溶剂去除该基质，形成混合物，然后机械搅拌混合物以形成混合纳米复合材料。后一步骤是机械化学处理步骤。有利地，机械化学处理步骤是无溶剂的。
在本发明的另一个实施方案中，提供了一种用于形成混合双组分纳米复合材料PANI/Gr的方法。该实施方案的第一阶段包括将石墨微型薄片和硬度高于石墨的化学惰性基质组合，形成初级混合物，初级混合物经机械化学处理产生由纳米级和微米级化学惰性基质颗粒组成的中间纳米复合材料，所述化学惰性基质颗粒的外表面覆盖有一层Gr。在第二阶段中，通过向该中间纳米复合材料中添加呈翠绿亚胺碱状态的化学合成的PANI来制备新混合物，然后对其进行机械化学处理，通过使用溶剂洗涤去除化学惰性基质并干燥而形成混合纳米复合材料。有利地，机械化学处理步骤是无溶剂的。
有利地通过有效且环境友好的机械化学方法制备PANI/Gr纳米复合材料。而且，与已知的现有技术类似物相比，这些纳米复合材料拥有改善的充电/放电性能。因此，这些纳米复合材料可用于制造需要高放电容量的充电电池，尤其是锂电池。
附图说明
从详细描述和附图中，本发明的示例性实施方案将得到更加全面的理解，其中：
图1
示出了使用混合纳米复合材料的充电电池，尤其是锂电池的示意性横截面。
图2
示出了实施例4中描述的所制备的经机械化学处理的PANI(mt-PANI)的放电比容量随循环次数的变化。所述容量是基于正极质量中的PANI含量计算的。充电和放电电流相等，并在图表中示出。
图3
示出了实施例5中描述的PANI/Gr纳米复合材料中PANI的放电比容量随充放电循环次数的变化。所述容量是基于正极质量中的PANI含量计算的。充电电流等于C/6，且图表中示出了放电电流值。
图4
示出了实施例6中描述的PANI@Gr纳米复合材料中PANI的放电比容量随充放电循环次数的变化。所述容量是基于正极质量中的PANI含量计算的。充电电流等于C/6，且图表中示出了放电电流值。
具体实施方式
示例性实施方案的详细描述
现将详细参考本发明目前优选的组合物、实施方案和方法，它们构成了发明人目前已知的实践本发明的最佳方式。附图不一定是按照比例的。然而，应当理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种替代形式来体现。因此，本文公开的具体细节不应解释为限制，而仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。
除了在实施例中或另有明确说明的情况以外，本说明书中所有表示材料的量或反应和/或使用条件的数值数量应理解为在描述本发明最广泛的范围时由词“约”修饰。
还应理解，本发明不限于下面描述的具体实施方案和方法，因为具体的组分和/或条件当然可以变化。此外，本文所用的术语仅出于描述本发明的特定实施方案的目的而使用，并非旨在以任何方式进行限制。
还必须指出，如说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一种(个)”和“所述(该)”包括复数指示物。例如，以单数形式提及一种组分旨在包括多种组分。
参考图1，提供了一种使用混合纳米复合材料的充电电池的示意性横截面。充电电池10包括负极层12、电解质层14和正极层16。有利地，负极层12包括锂、钠或钾。有利地，正极层16包括下面更详细阐述的混合纳米复合材料。例如，聚苯胺与纳米结构石墨或少层石墨烯(PANI/Gr)的复合材料。
在本发明的一个实施方案中，提供了一种可用作电池正极材料的混合纳米复合材料。该实施方案的纳米复合材料包含PANI和Gr。在一个变型中，纳米复合材料是双组分的混合有机-无机纳米复合材料。在另一个变型中，纳米复合材料是三组分的混合有机-无机纳米复合材料。本实施方案的复合材料由在Gr的存在下经机械化学处理的PANI大分子组成，Gr以横向尺寸为100至1000nm，有利地为200至500nm，且厚度为1至20层石墨烯，有利地为1至5层石墨烯的石墨颗粒为代表。
在本发明的另一个实施方案中，提供了一种形成上述纳米复合材料PANI/Gr的方法。该实施方案的方法包括形成包含PANI和Gr的混合物的步骤，随后对该混合物进行机械化学处理，在该机械化学处理中，机械搅拌该混合物。在一个改进方案中，在机械化学处理之前，将预定量的研磨介质添加到反应混合物中。该介质取决于用于研磨的设备，它可以由本领域技术人员容易地确定或在设备生产商的文档中找到。
然后在机械化学处理步骤中搅拌混合物以形成混合纳米复合材料。在一个改进方案中，机械化学处理步骤是无溶剂的。在一个变型中，PANI以反应混合物总重量的约75重量％至约99重量％的量存在。在另一个变型中，Gr的量为反应混合物总重量的约1重量％至约25重量％。
科学和专利文献含有关于多种基于PANI或Gr的材料的信息，但是通过机械化学方法而不使用任何有毒的无机和/或有机溶剂生产此类混合纳米复合材料，可以为纳米复合材料提供新的功能特性，以及解决制备此类材料的环境问题，从未讨论过。
该实施方案的方法包括形成呈翠绿亚胺碱状态的PANI和Gr的混合物及其随后的机械化学处理的步骤。在机械化学处理之前，将预定量的研磨介质添加到反应混合物中。Gr由具有纳米厚度和层状结构的纳米颗粒组成。它可以通过以下方式制备：在硬度高于石墨的化学惰性物质(尤其是无机盐)的存在下，机械化学处理块状石墨(尤其是石墨微型薄片)，随后通过用溶剂(尤其是水)洗涤去除该物质。NaCl、KCl、KBr、Na2SO4、K2SO4、MgSO4等可以是此类盐的样品。
在本发明的另一个实施方案中，可以改变制备基于呈翠绿亚胺碱状态的PANI和Gr的纳米复合材料所必需的操作顺序。最初，类似于先前的实施方案，机械化学处理在化学惰性物质的存在下的块状石墨的混合物。然后，将呈翠绿亚胺碱状态的PANI添加到该混合物中，并进行随后的机械化学处理，此后通过用水洗涤从制备的产物中去除化学惰性物质。
将具有研磨介质的混合物进行机械化学处理，以激活聚合物基体中Gr的进一步剥落。机械化学处理优选在室内条件下进行，通常在15℃至40℃的温度下进行，该温度满足使用用于机械化学处理的设备的技术条件。在机械化学处理过程中形成了混合纳米复合材料。
如本文所用，术语“机械化学处理”意指“机械化学合成”、“机械化学激活”、“机械化学研磨”和相关方法。术语“机械化学处理”包括此类过程，其中使用机械能来激活、引发或促进材料或材料混合物中的化学反应、晶体结构转变或相变。如本文所用，术语“机械化学处理”意指在研磨介质的存在下进行搅拌以将机械能传递给混合物。混合物可以容纳在密闭的容器或腔室内。如本文所用，术语“搅拌”应包括向混合物施加至少一种基本运动学运动或两种或更多种基本运动学运动的组合，基本运动学运动包括平移(例如，左右摇晃)、旋转(例如，自旋或旋转)和倒置(例如，上下翻倒)。在一个有用的变型中，将所有三种运动都施加于混合物。应当理解，可以在有或没有外部搅动反应混合物和研磨介质的情况下完成此类搅拌。
在机械化学处理步骤的一个变型中，将反应物粉末的混合物与研磨介质以合适的比例在容器或腔室中混合，以预定搅拌强度机械搅拌该容器或腔室(即，有或没有搅动)预定时间段。在机械化学处理步骤的另一个变型中，在不添加液体或有机溶剂的情况下，在标称环境条件下以预定搅拌强度机械搅拌反应混合物(即，有或没有搅动)预定时间段。
在形成纳米复合材料的方法的另一个变型中，在机械化学处理之前，将预定量的研磨介质，优选化学惰性的刚性研磨介质，添加到包含作为有机组分的呈翠绿亚胺碱形态的PANI和Gr的干燥反应混合物中。通常，反应混合物与研磨介质的重量比可以在约1:7至1:40的范围内。该反应混合物例如在研磨装置中进行机械化学处理，由此在研磨介质的存在下在环境温度下(即，无需外部加热)搅拌该反应混合物。如本文所用，术语“化学惰性”研磨介质意指研磨介质不与反应混合物的任何组分发生化学反应。刚性研磨介质有利地包含呈微粒形式的各种材料，诸如天然矿物质、陶瓷、玻璃、金属或高强度聚合组合物。例如，优选的陶瓷材料可以选自各种各样的陶瓷，这些陶瓷理想地具有足以使其能够避免在研磨期间碎裂或破碎的硬度和脆性并且还具有足够高的密度。研磨介质的合适密度为约3至15g/cm3。陶瓷材料的实例包括但不限于玛瑙、氧化铝、氧化锆、氧化锆-二氧化硅、氧化钇稳定的氧化锆、氧化镁稳定的氧化锆、氮化硅、碳化硅、钴稳定的碳化钨等，及其组合。在一个改进方案中，玻璃研磨介质为球形(例如，珠粒)，具有窄尺寸分布，并且耐用。合适的金属研磨介质通常为球形并且通常具有良好的硬度(即洛氏硬度RHC60-70)、极端圆度、高耐磨性和窄尺寸分布。金属研磨介质包括，例如，由52100型铬钢、316型或440C型不锈钢或1065型高碳钢制成的球。
在本实施方案的一个变型中，机械化学处理是通过研磨装置完成的，该装置在延长的时间内向反应混合物的颗粒施加压缩力和剪切应力。用于完成本发明的机械化学处理的合适装置是行星式球磨机，例如可从飞驰(Fritsch)商购的Pulverizette 6。
尽管本发明的实施方案不限于任何特定的操作理论，但是据信在反应混合物的机械化学处理期间，研磨介质与PANI和Gr颗粒的碰撞可导致有机分子构象的变化。进一步推论，由于Gr颗粒的层状结构，其厚度可由于机械化学处理引起的剪切应力而减小。还应理解，构象变化和厚度减小可同时发生。
据推论，对由PANI和覆盖有一层Gr的化学惰性脱层物质颗粒组成的混合物进行机械化学处理可导致类似的变化，随后通过使用溶剂洗涤来去除化学惰性脱层物质颗粒，使人们获得孔隙率增加的PANI/Gr纳米复合材料。
对PANI和Gr的混合物进行机械化学处理的时间不足(例如，少于约60分钟)可导致所制备的纳米复合材料不均匀，从而可导致所获得的材料的放电特性不够高。延长的机械化学处理(例如，＞24小时)也是不合需要的，因为混合纳米复合材料变得高度无定形并且还表现出不良的放电性能。
以下实施例说明了本发明的各个实施方案。本领域技术人员将认识到在本发明的精神和权利要求的范围内的许多变型。
使用化学合成的呈翠绿亚胺碱状态的PANI和纳米结构石墨或少层石墨烯(Gr)或涂有一层纳米结构石墨或少层石墨烯的NaCl晶体(NaCl@Gr)作为制备PANI/Gr混合纳米复合材料的原材料。
实施例
实施例1
纳米结构石墨或少层石墨烯(Gr)的制备
通过在80mL研磨碗中将50mg石墨微型薄片和2g NaCl与30粒直径为10mm玛瑙球组合在一起来制备Gr。反应物与研磨介质的重量比约为1:22。使用行星式球磨机Pulverizette 6以500rpm的搅拌速度对混合物进行机械化学处理1小时。通过干法筛分从研磨介质中分离出NaCl@Gr粉末形式的产物。通过使用二次蒸馏水直至NaCl完全溶解和萃取来去除NaCl，最后将所获得的物质在120℃下干燥而制得Gr。
实施例2.
涂有纳米结构石墨或少层石墨烯(NaCl@Gr)的NaCl晶体的制备
通过在80mL研磨碗中将50mg石墨微型薄片和2g NaCl与30粒直径为10mm玛瑙球组合在一起来制备NaCl@Gr。反应物与研磨介质的重量比约为1:22。使用行星式球磨机Pulverizette 6以500rpm的搅拌速度对混合物进行机械化学处理1小时。通过干法筛分从研磨介质中分离出NaCl@Gr粉末形式的产物。
实施例3
呈翠绿亚胺碱状态的PANI的制备
在作为氧化剂的过硫酸铵的作用下，通过苯胺在1M盐酸水溶液中的化学聚合来合成掺杂PANI。单体与氧化剂的摩尔比为0.8。聚合时间为3小时。聚合完成后，在过滤器上分离产物，并用乙醇和水彻底洗涤。然后，用3％的氨水处理产物，以进行呈翠绿亚胺碱状态的PANI的去掺杂和转移，在Soxhlet装置中用乙腈进行20倍萃取纯化，并真空干燥。
实施例4
经机械化学处理的PANI(mt-PANI)的制备
通过在80mL研磨碗中将按样品3制备的呈翠绿亚胺碱状态的PANI干粉与30粒直径为10mm，作为研磨介质的玛瑙球组合来制备mt-PANI。呈翠绿亚胺碱状态的PANI与研磨介质的重量比约为1:22。使用行星式球磨机Pulverizette 6以300rpm的搅拌速度对混合物进行机械化学处理1小时。通过干法筛分从研磨介质中分离出mt-PANI粉末形式的产物。
实施例5
PANI/Gr混合纳米复合材料的制备
通过在80mL研磨碗中将1.8mg按样品3制备的呈翠绿亚胺碱状态的PANI和0.2g按样品1制备的Gr，以及30粒直径为10mm，作为研磨介质的玛瑙球组合来制备PANI/Gr纳米复合材料。使用行星式球磨机Pulverizette 6以300rpm的搅拌速度对混合物进行机械化学处理1小时。通过干法筛分从研磨介质中分离出产物-PANI/Gr纳米复合材料。
实施例6
PANI@Gr混合纳米复合材料的制备
通过在80mL研磨碗中将0.45g按样品3制备的呈翠绿亚胺碱状态的PANI和2.05g按样品2制备的NaCl@Gr，以及30粒直径为10mm，作为研磨介质的玛瑙球组合来制备PANI@Gr纳米复合材料。通过干法筛分从研磨介质中分离出产物，用水洗涤以溶解并去除NaCl，并在60℃下真空干燥。PANI@Gr纳米复合材料的收率为95％。
所制备的样品的放电特性
将CR2032型电池组装在干式手套箱中进行电化学测量。在为mt-PANI的情况下，将聚合物、炭黑和聚[(偏二氟乙烯)-共-六氟丙烯](75:15:10重量％)的混合物用作正极，金属箔，尤其是锂箔作为负电极，并且相应的盐，尤其是LiClO4在碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯(50:50体积％)中的1M溶液作为电解质。在PANI/Gr和PANI@Gr的情况下，将纳米复合材料和聚[(偏二氟乙烯)-共-六氟丙烯](90:10重量％)的混合物用作正极。充放电循环在2.0-4.2Bvs.Li/Li+电位范围内进行。
在图2-4中示出了相对于所制备的材料的充放电循环次数的放电容量变化。所制备的纳米复合材料PANI/nGr的放电容量(247Ah/kg)实质上超过了作为原型的mt-PANI的放电容量(144Ah/kg)。对于PANI/Gr纳米复合材料，观察到循环过程中容量变化的特定趋势，所述容量变化在于在充放电循环次数增加时其值也增加。
与mt-PANI和PANI/Gr不同，PANI@Gr纳米复合材料的循环不以此类趋势为特征，因为在第一个循环中就达到了放电比容量的最大值。同时，PANI@Gr的比容值(256Ah/kg)略高于PANI/Gr纳米复合材料在15个充放电循环后达到的容量(247Ah/kg)。
如上所述，以新的高效且环境友好的方式制备了基于PANI和Gr作为电极材料的新混合纳米复合材料。该纳米复合材料的组成中存在Gr改变了PANI氧化还原转化的能力，并在纳米复合材料中提供聚合物电化学比容量的根本提高。与单独的聚合物相比，该纳米复合材料具有改善的充电/放电特性；因此，它们可用于制造具有更高放电容量的充电电池，尤其是锂电池、钠电池、钾电池或镁电池或相应的金属离子电池。
虽然已经说明和描述了本发明的实施方案，但是并不意味着这些实施方案说明和描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性的而不是限制性的词语，并且应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于充电电池的正极的混合纳米复合材料，其包含：
呈翠绿亚胺碱状态的聚苯胺；
纳米结构石墨或少层石墨烯，其由横向尺寸为约为100至1000nm且厚度为约1至20层的颗粒组成；
其中所述纳米复合材料是双组分混合物，并且所述聚苯胺和石墨分别以所述混合纳米复合材料总重量的约75％:25％至99％:1％的相对量存在。
2.如权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料是双组分混合物，其包含相对量为所述混合纳米复合材料总重量的约85％:15％至95％:5％的所陈述的组分，以及由横向尺寸为约200至500nm且厚度为约1至5层的颗粒组成的石墨烯组分。
3.一种用于制备根据权利要求1或2所述的用于充电电池的正极的混合纳米复合材料的方法，所述方法包括：
a)形成石墨和水溶性化学惰性固体物质尤其是无机盐的混合物；
b)对所述混合物进行机械化学处理并通过干法筛分分离包含纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质的所述纳米复合材料；
c)通过用水洗涤从所制备的纳米复合材料中去除所陈述的化学惰性固体物质，随后在60℃下真空干燥所得的纳米结构石墨或少层石墨烯；
d)形成组合了聚苯胺和纳米结构石墨或少层石墨烯的反应混合物；以及
e)对所述混合物进行无溶剂的机械化学处理。
4.如权利要求3所述的方法，其中对由于步骤b)制备的组合了呈翠绿亚胺碱状态的聚苯胺与由纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质组成的所述纳米复合材料的反应混合物进行机械化学处理，并且所得的包含聚苯胺和纳米结构石墨或少层石墨烯的混合双组分纳米复合材料是通过以下方式制备的：通过干法筛分进一步分离所制备的由聚苯胺、纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质组成的三组分纳米复合材料，通过用水洗涤从中去除所陈述的化学惰性固体物质，随后在60℃下真空干燥。
5.性固体物质包含选自NaCl、KCl、KBr、Na2SO4、K2SO4、MgSO4的组分。
6.如权利要求3-5所述的方法，其中每个包括机械化学处理的步骤基本上是无溶剂的。
7.如权利要求1-6所述的纳米复合材料，其可以用于金属或金属离子充电电池的正极，其中金属或金属离子是锂、钠、钾或镁。
8.一种充电电池，尤其是锂、钠、钾或镁电池或相应的金属离子电池，其具有基于权利要求1-6的混合纳米复合材料的正极。

Claims (8)

1.一种用于充电电池的正极的混合纳米复合材料，其包含：
呈翠绿亚胺碱状态的聚苯胺；
纳米结构石墨或少层石墨烯，其由横向尺寸为约为100至1000nm且厚度为约1至20层的颗粒组成；
其中所述纳米复合材料是双组分混合物，并且所陈述的组分以所述混合纳米复合材料总重量的约75％:25％至99％:1％的相对量存在。
2.如权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料是双组分混合物，其包含相对量为所述混合纳米复合材料总重量的约85％:15％至95％:5％的所陈述的组分，以及由横向尺寸为约200至5000nm且厚度为约1至5层的颗粒组成的石墨烯组分。
3.一种用于制备用于充电电池的正极的混合双组分纳米复合材料的方法，所述纳米复合材料包含聚苯胺和纳米结构石墨或少层石墨烯，所述方法包括：
形成石墨和水溶性化学惰性固体物质尤其是无机盐的混合物；
对所述混合物进行机械化学处理并通过干法筛分分离包含纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质的所述纳米复合材料；
通过用水洗涤从所制备的纳米复合材料中去除所陈述的化学惰性固体物质，随后在60℃下真空干燥所得的纳米结构石墨或少层石墨烯；
形成组合了聚苯胺和纳米结构石墨或少层石墨烯的反应混合物；以及
对所述混合物进行无溶剂的机械化学处理。
4.如权利要求3所述的方法，其中对由于步骤b)制备的组合了呈翠绿亚胺碱状态的聚苯胺与由纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质组成的所述纳米复合材料的反应混合物进行机械化学处理，并且所得的包含聚苯胺和纳米结构石墨或少层石墨烯的混合双组分纳米复合材料是通过以下方式制备的：通过干法筛分进一步分离所制备的由聚苯胺、纳米结构石墨或少层石墨烯和水溶性化学惰性固体物质组成的三组分纳米复合材料，通过用水洗涤从中去除所陈述的化学惰性固体物质，随后在60℃下真空干燥。
5.如权利要求3-4所述的方法，其中所述水溶性化学惰性固体物质包含选自NaCl、KCl、KBr、Na2SO4、K2SO4、MgSO4的组分。
6.如权利要求3-5所述的方法，其中每个包括机械化学处理的步骤基本上是无溶剂的。
7.如权利要求1-6所述的纳米复合材料，其可以用于金属或金属离子充电电池的正极，其中金属或金属离子是锂、钠、钾或镁。
8.一种充电电池，尤其是锂、钠、钾或镁电池或相应的金属离子电池，其具有基于权利要求1-6的混合纳米复合材料的正极。
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