[發(fā)明專利]一種碳納米管醌正極及以此為正極材料的二次鋁電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410221479.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104078703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宇光;陳安良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京中儲(chǔ)新能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/054
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/054;H01M4/60;H01M4/62
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)和新能源產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的二次鋁電池。更具體的說(shuō)，是涉及一種碳納米管/醌復(fù)合材料的制備方法，以及以此復(fù)合材料為正極活性物質(zhì)的二次鋁電池。

背景技術(shù)

規(guī)模化高效儲(chǔ)能技術(shù)是解決太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源發(fā)電的隨機(jī)性和間歇性，改善新能源發(fā)電質(zhì)量，推進(jìn)新能源普及應(yīng)用的迫切需要但又急待解決的關(guān)鍵核心技術(shù)。新能源產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)儲(chǔ)能電池性能提出了越來(lái)越高的指標(biāo)要求。而現(xiàn)有鋰離子電池雖因其具有優(yōu)良的電化學(xué)性能而得到廣泛應(yīng)用，但在能量密度和功率密度及安全性等方面的提升空間有限，資源有限、價(jià)格高，已成為其發(fā)展的瓶頸。為此，迫切需要發(fā)展基于新構(gòu)思、新材料和新技術(shù)的、性能更加優(yōu)良的蓄電技術(shù)。

相對(duì)于單電子體系的鋰，3電子體系的鋁具有提供更高能量密度的潛能。鋁是地殼儲(chǔ)量最多的金屬元素，具有能量高、資源豐富、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。金屬鋁理論能量密度高達(dá)2980mAh/g，僅次于金屬鋰（3682m?Ah/g），體積比容量為8050mAh/cm3，約為鋰（2040Ah/cm3）的4倍，是目前所有電池金屬電極材料中最高的，作為負(fù)極材料有其他金屬材料無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。?鋁二次電池正極材料的研究較少，目前主要集中于導(dǎo)電聚合物正極材料和一些過(guò)渡金屬氧化物正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明將碳納米管和醌類(lèi)化合物物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合作為正極活性材料制備了二次鋁電池，在保證了導(dǎo)電性和比容量的前提下，電池的循環(huán)性仍能得到較大提升。

（一）發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種醌類(lèi)化合物及其衍生物和碳納米管的復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的還在于提供一種以此復(fù)合材料為正極活性物質(zhì)的二次鋁電池。

這種鋁二次電池制備簡(jiǎn)單，環(huán)保無(wú)污染。

（二）技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種二次鋁電池，包括正極、負(fù)極和電解質(zhì)，其特征在于：

(a)???含碳納米管/醌類(lèi)化合物復(fù)合材料的正極，其中，所述醌類(lèi)化合物為醌及其衍生物；

(b)???含鋁負(fù)極；

(c)???非水電解液。

下面是本發(fā)明電化學(xué)電池優(yōu)選的負(fù)極、正極、電解液的描述。

正極

本發(fā)明的電池的正極包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體。

方案所述的正極活性物質(zhì)為碳納米管/醌類(lèi)化合物復(fù)合材料。

方案中所述的醌類(lèi)化合物為醌及其衍生物，為下列結(jié)構(gòu)式中的任一種：

其中R=H，含氧基團(tuán)（羥基等），氨基，吡啶基等。

醌類(lèi)化合物及其衍生物是一類(lèi)具有電化學(xué)氧化還原活性的有機(jī)物，如果作為正極活性材料，卻不會(huì)有硫正極存在的容量損失問(wèn)題，但因其本身結(jié)構(gòu)的原因造成其導(dǎo)電性能較差。而碳納米管則具有良好的導(dǎo)電性能，利用碳骨架可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料體相內(nèi)的電子傳輸。其高比表面積強(qiáng)烈的吸附作用力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活性物質(zhì)的固定,?有效地提高了活性物質(zhì)的電化學(xué)利用率。

方案中所述的正極活性材料為碳納米管/醌類(lèi)化合物復(fù)合材料的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟：將碳納米管和醌類(lèi)化合物有機(jī)物以一定的質(zhì)量比混合，加入到球磨機(jī)中，以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨5小時(shí)，再將球磨后的產(chǎn)物收集備用。

方案所述的導(dǎo)電劑包括但不限于石墨基材料、碳基材料和導(dǎo)電聚合物。石墨基材料包括導(dǎo)電石墨KS6，碳基材料包括Super?P、Ketjen黑、乙炔黑或炭黑。導(dǎo)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(nèi)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(yōu)選的是碳涂布的鋁集流體，更容易覆蓋包括正極活性物質(zhì)的涂層，具有較低的接觸電阻。

方案所述的二次鋁電池還可包括位于正極和負(fù)極之間的隔膜。合適的固體多孔隔膜材料包括但不限于：聚烯烴如聚乙烯和聚丙烯、玻璃纖維濾紙和陶瓷材料。

負(fù)極

方案所述的含鋁負(fù)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。