[發明專利]一種鋁聚合物二次電池及其制備方法

有效

• 申請號: 200910234920.9
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN101794907A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 趙宇光;黃兆豐
• 申請（專利權）人: 無錫歐力達新能源電力科技有限公司
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馮慧

技術領域

本發明涉及一種二次鋁-聚合物電池。更具體地，是涉及一種以離子液體為 電解液、聚合物為正極活性物質的可再充鋁電池。屬于電化學和化學電源產品的 技術領域。

背景技術

現代科學技術的發展、能源緊缺以及對環境保護的日益重視要求高能量密 度、價格低廉且資源豐富、使用安全，環境友好的可充電池。鋁電池是能量密度 最高的電池之一，而且對環境沒有污染，所用原料資源豐富、價格低廉、使用安 全，符合電池發展的方向。金屬鋁作為電池負極是一種高能量載體，理論比容量 為2980mAh/g，僅次于鋰(3870mAh/g)；而其體積比容量為8050mAh/cm³，是 鋰的4倍，高于其他所有金屬材料，其氧化還原電位也非常低為-2.35V(vs?SHE)， 是理想的電池負極材料。

以水溶液電解質為電解液的一次鋁電池曾被廣泛關注。鋁-空氣電池的理論 能量密度可達8100Wh/Kg，但實際能量密度只有350Wh/kg。這是因為鋁電極在 水溶液電解質中會產生的很多問題：(1)鋁合金與氧之間有很強的親和力，在空 氣和水溶液中，表面生成一層致密的鈍化氧化膜，使鋁在中性溶液中的電極電位 達不到應有的理論電極電位，鋁的實際工作電位比理論值低很多，同時還造成放 電時的電壓滯后現象。(2)鋁為典型的兩性金屬，活潑性較高，易與酸、堿作用， 使氧化膜破壞，而氧化膜一旦被破壞就會迅速被腐蝕，使電極的利用率低，且濕 貯存性能差。(3)鋁在堿性溶液中自腐蝕較大，容易與介質發生嚴重析氫反應， 降低了電極的利用率，影響電池的正常工作。(4)堿性介質中，鋁陽極成流反應 和腐蝕反應產物均為膠狀Al(OH)₃，不但降低電解質電導率而且增加鋁陽極極化， 使得鋁電池性能惡化。(5)需要熱交換系統排除鋁在堿性溶液中的溶解和腐蝕產 生的大量的熱。

此外，由于鋁的還原電位比氫負，不能在水溶液中電沉積鋁。因此，使用水 溶液電解質的鋁電池無法充電還原，只能是一次電池。

作為二次電池的正極材料，主鏈共軛的聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、 聚苯等導電聚合物曾受到廣泛的研究和開發。導電聚合物被用作正極活性材料制 作正極以組裝鋰二次電池，利用陰離子的摻雜/脫摻雜過程實現儲能。其中，聚 噻吩的理論比容量可達到280Ah/Kg，實際放電比容量約60-100Ah/Kg。聚噻吩 作為正極材料的缺點是比容量過低，傳統的鋰一聚噻吩可充電池曾經商品化，因 其能量密度太低，在鋰離子電池上市后退出市場。

發明內容

為了克服現有電解鋁電池存在的能量密度低、開路電位小且有的為一次電池 的缺點，本發明提供一種鋁聚合物二次電池及其制備方法，為非水電解質二次鋁 硫電池具有開路電壓大、可反復充放電的優點。

本發明的技術方案為：一種鋁聚合物二次電池，由正極、負極、電解液、隔 膜，正極由正極活性材料、導電劑、粘結劑、有機溶劑和用于導電的集流體構成，

負極：

負極采用金屬鋁或鋁合金，鋁合金選自鋁和鋰、鈉、鉀、鎵、銦、鉈、鐵、 鈷、鎳、銅、鋅、錳、錫、鉛、鎂、鈣、鉻、鍺中的任一種或任幾種，形態為的 粉、絲、網、片、箔、泡沫中的任一種，優選為泡沫鋁；相比金屬鋰負極，既廉 價，材料來源廣泛，又安全。通過化學活化處理鋁或鋁合金片，增大了負極的有 效反應面積，提高活性，同時不易產生枝晶，改性組合而成的二次鋁電池容量高、 循環性能好。