[發(fā)明專利]一種鋁二次電池釩氧化物正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410336079.5
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN105304885B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳川;王華麗;吳鋒;白瑩;陳實(shí);吳伯榮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/1391
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 金迪;李婉婉

本發(fā)明公開了一種鋁二次電池釩氧化物正極材料及其制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將釩化合物溶解，得到釩離子溶液；(2)將釩離子溶液和集流體在密閉容器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行清洗和真空干燥，得到以集流體為基體的釩氧化物正極材料。本發(fā)明的方法使得到的納米顆粒結(jié)構(gòu)的釩氧化物生長在集流體上，使得兩者之間不僅具有很好的電接觸，不需要添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，而且能夠増大釩氧化物電極材料的表面積，提高電極材料與電解液的接觸面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁二次電池領(lǐng)域，具體地，涉及一種鋁二次電池釩氧化物正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

先進(jìn)的高能量密度二次電池對下一代電動(dòng)汽車的發(fā)展和可再生能源發(fā)電的有效利用是至關(guān)重要的。近年來，基于新體系、新材料、新技術(shù)的新型綠色二次電池研究不斷深化，通過輕元素多電子反應(yīng)體系的構(gòu)筑，可望使二次電池獲得比常規(guī)單電子體系更高的能量密度。鋁是地球上含量最豐富的金屬元素，它具有質(zhì)量輕、無污染、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因其可發(fā)生三電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，理論電化學(xué)比容量達(dá)2980mAh/g，在所有的金屬元素中僅次于鋰(3870mAh/g)。

由于鋁是一種非常活潑的金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.68V，低于標(biāo)準(zhǔn)析氫電位，因此鋁離子難以在水溶液中還原，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的析氫反應(yīng)。所以在鋁的電解沉積以及鋁二次電池的研究和應(yīng)用中，通常采用非水電解質(zhì)體系。而鋁在中性和有機(jī)電解液中又容易成膜而鈍化，導(dǎo)致電極電位顯著低于理論值且電壓行為明顯滯后，因此鋁一直沒有成功地應(yīng)用于電化學(xué)能量儲存和轉(zhuǎn)換技術(shù)。20世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)鋁在熔鹽電解質(zhì)中可發(fā)生電化學(xué)沉積，于是采用鋁電極制備研究了二次熔鹽電池的電化學(xué)行為。與含水電解質(zhì)相比，熔鹽具有電導(dǎo)率高，分解電勢高，極化率低等特點(diǎn)，所構(gòu)成的高溫熔鹽鋁二次電池具有可逆性好，理論比能量大等特點(diǎn)。但高溫熔鹽電池需要高溫或?qū)Νh(huán)境要求苛刻，成本較高且難于維護(hù)，限制了鋁二次電池的發(fā)展。

室溫離子液體是在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成。它不僅具有很低的蒸汽壓，對有機(jī)物、無機(jī)物都有良好的溶解性，且熱穩(wěn)定性和阻燃性好，還具有良好的離子導(dǎo)電性，穩(wěn)定的電化學(xué)窗口，有望成為一種安全高效的二次電池電解液。迄今為止，離子液體作為鋰離子電池電解液已得到廣泛研究。最近的研究發(fā)現(xiàn)，氯化鋁型離子液體作為電解液能夠很好的用在鋁二次電池中，使室溫鋁二次電池的開發(fā)與應(yīng)用成為可能。已報(bào)道的鋁二次電池中涉及到的電解液主要是氯化鋁型離子液體，包括AlCl₃/[EMIM]Cl、AlCl₃/[BMIM]Cl和AlCl₃/[BMIM]Br等。氯化鋁型離子液體的特點(diǎn)是其本身含有鋁離子，且組成隨著氯化鋁和鹵化咪唑鹽的比例改變而變化，早就在鋁的電解沉積領(lǐng)域得到研究。金屬鋁只能從酸性熔體中沉積出來，因?yàn)锳lCl₄^-具有高度對稱的四面體結(jié)構(gòu)，電化學(xué)穩(wěn)定，鋁的電沉積效率低。而酸性熔體中Al₂Cl₇^-由于其結(jié)構(gòu)的不對稱性，電化學(xué)活性高，能夠有效地電沉積鋁。但酸性氯化鋁型離子液體中的Al₂Cl₇^-會(huì)與常用的粘結(jié)劑PVDF反應(yīng)，故該類型的離子液體不宜用于以PVDF為粘結(jié)劑的電極構(gòu)成的電池。