[實用新型]一種碳鋁復(fù)合材料負(fù)極及二次鋁電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420672658.2
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN204156012U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙宇光;駱建洲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中儲新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池和新能源產(chǎn)品領(lǐng)域，涉及一種碳鋁復(fù)合材料負(fù)極，具體涉及一種取向碳納米管-電沉積鋁負(fù)極，以及使用這種負(fù)極的二次鋁電池。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)電極材料相比，元素鋁與硫均具有理論能量密度大、資源豐富、價格低廉、對環(huán)境友好、使用安全等優(yōu)點。金屬鋁理論能量密度高達2980mAh/g，僅次于金屬鋰（3682mAh/g），體積比容量為8050mAh/cm³，約為鋰（2040Ah/cm³）的4倍，且化學(xué)活潑性相對穩(wěn)定，是理想的負(fù)極材料；元素硫也具有較大的理論能量密度（1670mAh/g），是已知能量密度最大的正極材料。因此，鋁硫電池從各方面來說都是一種價格低廉、能量密度高、使用安全的理想電池。

金屬鋁是一種非常活潑的金屬，表面形成的鈍化膜（氧化膜）較為致密，在電化學(xué)充放電過程中影響了電化學(xué)沉積-溶出效率，使得鋁的利用率低，嚴(yán)重制約了電池容量的發(fā)揮。雖然通過合金化等手段，使鋁表面鈍化膜受到抑制、電性能得到較大改善，但犧牲了鋁電極的工作電位和倍率放電性能。因此，相關(guān)研究人員一直在嘗試制備一種表面不存在或較少鈍化膜薄層的鋁電極。

發(fā)明內(nèi)容

（一）實用新型目的

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)問題，本方案提供了一種取向碳納米管-電沉積鋁負(fù)極。該負(fù)極所用的采用電化學(xué)方法沉積出來的電沉積鋁，表面無鈍化膜，活性高，在電化學(xué)充放電過程中電化學(xué)沉積-溶出效率高，可以更大程度上發(fā)揮出電池容量。

該負(fù)極所用的取向碳納米管具有豐富的納米孔道和表面納米孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，沉積在這些納米孔道和納米孔中的電沉積鋁，與電解液接觸充分，充放電過程中利用率高。

本實用新型的目的還在于提供一種使用該碳鋁復(fù)合負(fù)極的二次鋁電池。

（二）技術(shù)方案

本實用新型提供了一種碳鋁復(fù)合材料負(fù)極，包括：

（1）生長于導(dǎo)電基底上的取向碳納米管；

（2）沉積在取向碳納米管內(nèi)部納米孔道及表面納米孔中的電沉積鋁。

方案所述碳鋁復(fù)合材料負(fù)極中，所述導(dǎo)電基底材料包括碳纖維、石墨、玻態(tài)碳、鈦、鎳、不銹鋼、鐵、銅、鋅、鉛、錳、鎘、金、銀、鉑、鉭、鎢、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠或高摻雜硅中的任意一種。

方案所述碳鋁復(fù)合材料負(fù)極中，所述取向碳納米管包括單壁碳納米管和多壁碳納米管，碳納米管的管徑為1～50nm，管長1～2000nm，管間距2～100nm。

一種碳鋁復(fù)合材料負(fù)極制備方法，制備過程如下：

步驟1，制備取向碳納米管。采用物理或化學(xué)氣相沉積法在導(dǎo)電基底表面垂直生長取向碳納米管。

步驟2，制備取向碳納米管-電沉積鋁負(fù)極。

含鋁電解液（鋁可沉積）中，以步驟1中制備的取向碳納米管為陰極，恒電流或恒電勢電解制備電沉積鋁。沉積完成后，惰性氣體保護下烘干陰極材料，冷卻制得取向碳納米管-電沉積鋁負(fù)極。

一種二次鋁電池，包括：

（1）包含電化學(xué)活性含硫物質(zhì)的正極；

（2）非水含鋁電解質(zhì)；

（3）含鋁負(fù)極。

正極

本實用新型的電池的正極包括含有電化學(xué)活性含硫物質(zhì)的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體。其中，術(shù)語“電化學(xué)活性含硫物質(zhì)”在這里指包含硫元素的正極活性物質(zhì)，其中，電化學(xué)活性涉及硫-硫共價鍵的斷裂或形成。

方案所述的電化學(xué)活性含硫物質(zhì)，為單質(zhì)硫或有機硫化合物。單質(zhì)硫包括升華硫和高純硫；有機硫化合物包括硫化聚乙炔、多硫化碳炔、多硫代聚苯乙烯、硫化聚氯乙烯、多硫代苯、硫化聚丙烯腈、多硫代萘、多硫代苯胺、多硫代吡啶、多硫代噻吩、多硫代吡咯、多硫代呋喃中的一種。

方案所述的導(dǎo)電劑包括石墨基材料、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。

集流體包括不銹鋼、銅、鎳、鈦，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。

電解質(zhì)