[發(fā)明專利]一種石墨烯二次鋁電池及其正極復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104078714A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)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: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于電化學和新能源產品的技術領域，涉及一種新型的鋁硫二次電池。更具體的說，是涉及一種硫化苯并雜環(huán)化合物/石墨烯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(fā)展，對這些設備用的電池性能提出了越來越高的要求。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(zhàn)。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(huán)性能差。如果能夠將單質硫均勻的分散在正極復合材料中，使多硫離子能夠穩(wěn)定的保持在材料內部而不遷移出，同時改善復合物正極材料的導電性，將會使鋁硫電池進入商業(yè)化。?

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(guī)模的推廣。?

自從石墨烯問世以來，就受到極大的關注，它具有極強的導電性，將其摻雜加入到電池正極，不僅可以提高電池導電性，而且本身可以作為導電劑，從而能夠減少非活性物質的含量，增加電池的容量。?

發(fā)明內容

（一）發(fā)明目的?

為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明采用硫化苯并雜環(huán)化合物/石墨烯復合材料為正極材料，制備新型的鋁二次電池。石墨烯具有極佳的導電性，能夠改善電子在電極上的傳遞速率，同時石墨烯可作為正極漿料中的導電劑，減少了正極中非活性物質的含量，從而增加了電池的容量。硫化苯并雜環(huán)化合物含有雙苯并雜環(huán)結構，能夠與石墨烯形成共軛結構，一定程度上減少了充放電過程中硫的流失。?

本發(fā)明的目的在于提供一種硫化苯并雜環(huán)化合物/石墨烯復合材料的制備方法，以及以此為正極活性材料的鋁二次電池。?

本發(fā)明中的術語“二次鋁電池”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”、“鋁儲能電池”以及類似的概念。?

（二）技術方案?

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的提供了一種二次鋁電池，包括：?

(a)?含石墨烯活性材料的復合正極；?

(b)?含鋁活性材料的負極；

(c)?電解液為酸性鹵鋁酸離子液體。

下面是本發(fā)明電化學電池優(yōu)選的正極、負極、電解液的描述。?

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材料、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(huán)化合物/石墨烯復合材料，其中硫化苯并雜環(huán)化合物為含有如下結構式中任一種作為特征結構的化合物：?

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(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(tài)可為超微、超細或納米粉沫、絲、網(wǎng)、片、箔、泡沫中的一種或幾種。?

電解液?

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