[發明專利]一種硫銅化合物碳基復合材料為正極的鋁離子電池

在審

• 申請號: 201710514963.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107275615A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 趙金保;蔣嘉麗;王昀暉;李赫;王靜
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/46;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/054;H01M10/0569;H01M10/058
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及鋁離子電池，尤其是涉及一種Cu_2-xS-碳基復合材料及使用該材料做正極的鋁離子電池。

背景技術

在20世紀末，鋰離子電池出現，并被證明是一種有效的能量儲存系統，因為它能量密度高、循環壽命長、工作電勢高。然而，鋰資源的分布不均以及大量消耗導致鋰金屬價格不斷上漲，外加近些年來關于有機型鋰離子電池事故的報道屢見不鮮。這都促使人們研發更便宜、更安全以及更高能量密度的能量儲存系統。

近年來，以鋁離子電池為代表的多價離子電池廣受關注。鋁資源豐富，是地殼中儲量最豐富的金屬。再者，可充放電鋁離子電池擁有很高的理論比容量(2980mA h g^-1,8063mA hcm^-3)。外加鋁離子電池還有可彎折性強、對環境友好、安全性高等優點，因此對于未來的可穿戴設備電池，易發生碰撞危險易燃易爆的汽車電池，大規模智能電網儲能等領域，鋁離子電池都有極大的應用前景和應用價值。然而，在之前的報道中，鋁離子電池的研究遇到了不少問題，比如正極材料分解、電池電壓低、循環性能差、電解液選擇困難等，這些都亟待解決。當然，這些文章也介紹了一系列新型的鋁離子電池電極材料，比如V₂O₅(文獻:Wang,H.et al.Binder-free V₂O₅cathode for greener rechargeable aluminum battery[J].ACS applied materials&interfaces,2015)、TiO₂(文獻:He,Y.et al.Black mesoporous anatase TiO₂nanoleaves:a high capacity and high rate anode for aqueous Al-ion batteries[J].J.Mater.Chem.A,2014)等，但這些材料的放電比容量低且循環性能不理想，遠不能達到商業化鋁離子電池電極材料的要求，因此，開發高比容量、高循環穩定性的鋁離子電池正極材料顯得尤為重要。

迄今為止尚未報道過關于Cu_2-xS-碳基復合材料作為正極及用這種正極的鋁離子電池。

發明內容

本發明的目的是提供一種硫銅化合物碳基復合材料為正極的鋁離子電池。

本發明包括電池正極、電池負極、電解液、金屬箔片集流體和隔膜；所述電池正極的活性物質為Cu_2-xS-碳基復合材料，電池負極為金屬鋁或含鋁合金；所述電解液為含鋁離子非水系電解液；所述金屬箔片集流體為在電解液中表現電化學惰性的金屬箔片集流體；所述隔膜為分隔電池正極和電池負極的隔膜。

所述Cu_2-xS選自Cu₂S、Cu_1.96S、Cu_1.8S、Cu_1.75S、Cu_1.6S、Cu_1.39S、Cu_1.12S、Cu_0.5S等中的一種，所述Cu_2-xS-碳基復合材料中碳含量的質量百分比為0.1％～20％。

所述Cu_2-xS-碳基復合材料的制備方法如下：將Cu_2-xS溶于水中，再加入碳源，復合后得Cu_2-xS-碳基復合材料。

所述碳源可選自無定形碳、結晶碳、導電有機碳材料等中的至少一種。

所述Cu_2-xS-碳基復合的方法可采用水熱法、溶膠凝膠法、高溫煅燒法、噴霧干燥法等中的一種或兩種。

所述電池負極材料可采用純度大于90％的金屬鋁、或金屬鋁與銅、銀、鎳、鉛、錫、鉍、鐵等中的合金。

所述含鋁離子非水系電解液包括鹵化鋁和離子液體，所述鹵化鋁和離子液體的摩爾比可為(1.1～2)︰1。