[發(fā)明專利]一種石墨烯有機(jī)硫鋁二次電池及其正極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410319921.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104091964A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-08
• 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
• 主分類號(hào): H01M10/05
• 分類號(hào): H01M10/05;H01M4/60;H01M4/62;H01M2/16
• 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，涉及一種鋁二次電池。更具體的說(shuō)，是涉及一種石墨烯/硫化聚并苯化合物復(fù)合材料的制備方法及以此復(fù)合材料為正極活性材料的鋁二次電池。

背景技術(shù)

金屬鋁的理論比容量?jī)H次于鋰，但其體積比容量（8050mAh/cm³）是鋰的四倍，高于其他任何金屬材料，是理想的電池負(fù)極材料。而硫因其高的能量密度，已被證實(shí)是理想的電池正極材料。

鋁硫電池目前存在的問(wèn)題是單質(zhì)硫作為活性材料的正極，部分充電和放電時(shí)產(chǎn)生的含硫中間產(chǎn)物易溶于電解液，并在負(fù)極沉積，影響電池的循環(huán)性能。

石墨烯是目前導(dǎo)電性最好的一類二維碳材料，已經(jīng)被成功的應(yīng)用在各種領(lǐng)域，特別是新能源領(lǐng)域。。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用石墨烯/硫化聚并苯化合物復(fù)合材料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。

由于石墨烯具有極強(qiáng)的導(dǎo)電性，正極的制備無(wú)需添加任何導(dǎo)電劑，減少了正極中非活性物質(zhì)的含量，進(jìn)而增加了電池的理論容量；而硫含量高的硫化聚并苯化合物，則綜合了聚合有機(jī)二硫化合物“主鏈導(dǎo)電、側(cè)鏈儲(chǔ)能”的結(jié)構(gòu)和單質(zhì)硫容量高的優(yōu)點(diǎn)，其具有的高度導(dǎo)電的聚并苯骨架共軛主鏈結(jié)構(gòu)，能保證其在氧化還原反應(yīng)中保持穩(wěn)定性以及正極材料的導(dǎo)電性，進(jìn)而解決充放電過(guò)程中硫的流失問(wèn)題和穩(wěn)定性問(wèn)題。

（一）發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種以石墨烯/硫化聚并苯化合物復(fù)合材料為正極活性材料的二次鋁電池。

本發(fā)明的目的還在于提供一種石墨烯/硫化聚并苯化合物復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明中的術(shù)語(yǔ)“二鋁次電池”包括例如“鋁二次電池”、“二次鋁硫電池”、“可充電鋁電池”、?“鋁蓄電池”、“鋁儲(chǔ)能電池”以及類似的概念。

（二）技術(shù)方案

本發(fā)明利用石墨烯的導(dǎo)電性和硫化聚并苯化合物的高比容量以及良好循環(huán)性能的優(yōu)點(diǎn)，制備出石墨烯/硫化聚并苯化合物復(fù)合材料，并以此復(fù)合材料為正極活性材料制備新型的二次鋁電池。

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)??正極活性材料為石墨烯/含硫聚合物復(fù)合材料，其中，所述石墨烯為單層或少層石墨烯，含硫聚合物為硫化聚并苯化合物；

(b)??負(fù)極為含鋁負(fù)極；

(c)??電解質(zhì)為酸性鹵鋁酸離子液體。

下面是本發(fā)明電化學(xué)電池優(yōu)選的正極、負(fù)極、電解質(zhì)的描述。

正極

本發(fā)明的電池的正極包括含有含硫活性材料的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體。

方案所述正極活性材料使用的硫化聚并苯化合物，其通式為?[A_nS_x]_m?，式中A_n代表并苯環(huán)，為萘、蒽、并四苯、并五苯中的任一種，S代表元素硫，x值為聚合物單體中含硫數(shù)，m值為聚合數(shù)。

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，并且可抑制硫化物的腐蝕。

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。適用于本發(fā)明的隔膜材料的其它例子是包含微孔假勃姆石層，它可以是自由直立膜的形式或直接涂布到一個(gè)電極上。

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。

電解質(zhì)

方案所述的酸性鹵鋁酸離子液體，為有機(jī)鹽與鹵化鋁形成的離子液體，其中有機(jī)鹽與鹵化鋁的摩爾比為1:1.1～3.0。