[發明專利]一種硫基化合物碳納米管復合正極及二次鋁電池

有效

• 申請號: 201410221475.3
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104078654A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 趙宇光;陳安良
• 申請（專利權）人: 南京中儲新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/137
• 分類號: H01M4/137;H01M4/60;H01M4/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電化學和新能源產品的技術領域，涉及一種新型的二次鋁電池。更具體的說，是涉及一種硫化苯并雜環化合物/碳納米管復合材料的制備方法，以及以此為正極活性材料制備的二次鋁電池?

背景技術

伴隨著更小、更輕和更高性能的電子和通信設備的迅速發展，對這些設備用的電池性能提出了越來越高的要求。但是。目前商品化的鋰離子電池比能量已經很難繼續提高，迫切需要開發更高比能量的電池。金屬鋁的理論比容量僅次于鋰，但其體積比容量是鋰的四倍，高于其他任何金屬材料，且硫因其高的能量密度，已被證實是理想的電池正極材料。因此鋁硫電池的研發迫在眉睫。?

鋁硫電池為未來高容量二次電池提供了一個很大的希望，但也同時面臨很大的挑戰。鋁硫電池目前主要的問題還是多硫離子溶解遷移導致的循環性能差。目前鋁電池所用正極材料，單質硫和有機多硫化合物在充放電過程中，產生的小分子硫化物容易流失，且物質的導電性不高。硫化聚合物雖解決了導電性問題，但聚合物的制備過程復雜，且產率很低，限制了大規模的推廣。。?

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明采用硫化苯并雜環化合物/碳納米管復合材料為正極材料，制備新型的二次鋁電池。硫化苯并雜環化合物含有雙苯并雜環結構，與碳納米管復合后，能夠形成共軛結構，減少了充放電過程中硫的流失。此外，硫化苯并雜環化合物的制備方法簡便，產率高。?

（一）發明目的?

本發明的目的在于提供一種硫化苯并雜環化合物/碳納米管復合材料的制備方法。

本發明的目的還在于提供一種以硫化苯并雜環化合物/碳納米管復合材料為正極活性材料的二次鋁電池。?

（二）技術方案?

硫化苯并雜環化合物最大優點在于其結構中的?S-S?鍵上的兩個S皆與雜環相連。電池充放電過程中，起到儲能作用的?S-S?鍵斷開和復合僅發生在分子內部，不產生其他能被電解液溶解的含S小分子，可有效地阻止了硫溶解，降低了正極容量損失。

碳納米管上碳原子的P電子能夠形成大范圍的離域π鍵，而硫化苯并雜環化合物含有雙苯并雜環結構，兩種物質由于強烈的共軛效應，緊緊的結合在一起，形成具有良好電子導電性的三維多孔網狀結構的復合材料。硫與碳納米管壁緊密的接觸，保證了充放電過程中良好的電子傳輸，有效地提高了硫的電化學利用率。?納米孔道和三維多孔網狀結構對中間產物產生強烈的吸附作用，可有效地固定硫及其中間產物,?提高硫的電化學利用率，有效提高硫的循環穩定性，從而改善電池循環性能。而活化后的碳納米管具有比活化前碳納米管更高的有效比表面積，可使得電池的比容量得到較大的提高。?

為了實現上述目的，本發明的提供了一種二次鋁電池，包括：?

(a)?非水含鋁電解液；?

(b)?含鋁活性材料的負極，和

(c)?含硫活性材料的正極。

下面是本發明電化學電池優選的正極、負極、電解液的描述。?

正極?

本發明的電池的正極包括含有含硫活性材料的正極活性材料、導電劑、粘結劑和集流體。

方案所述正極的活性材料為硫化苯并雜環化合物/碳納米管復合材料，其中硫化苯并雜環化合物為含有如下結構式中的任一種：?

方案所述的導電劑包括但不限于石墨基材料、碳基材料和導電聚合物。石墨基材料包括導電石墨KS6，碳基材料包括Super?P、Ketjen黑、乙炔黑或炭黑。導電聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔，或它們的混合物。

方案所述的粘合劑為聚乙烯醇?(PVA)、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚苯乙烯丁二烯共聚物（SBR）、氟化橡膠和聚氨酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己內酰胺、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚丙烯酸，及其衍生物、混合物或共聚物。?

集流體包括但不限于不銹鋼、銅、鎳、鈦、鋁。更優選的是碳涂布的鋁集流體，更容易覆蓋包括正極活性物質的涂層，具有較低的接觸電阻，并且可抑制硫化物的腐蝕。?

負極?

方案所述的含鋁負極活性材料,包括但不限于：鋁金屬，例如鋁箔和沉積在基材上的鋁;?鋁合金,包括含有選自Li、Na、K、Ca、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一種元素與Al的合金。鋁和鋁合金的形態可為超微、超細或納米粉沫、絲、網、片、箔、泡沫中的1種或幾種。

電解液?