[發明專利]一種自支撐鋁離子電池正極材料及其制備方法、鋁空氣電池

有效

• 申請號: 202110427263.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113140721B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 彭生杰;黃澳明;李林林
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 徐小磊

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種自支撐鋁離子電池正極材料及其制備方法、鋁空氣電池、堿金屬離子電池。本發明的自支撐鋁離子電池正極材料的制備方法包括如下步驟：1）將聚乙烯吡咯烷酮與鐵氰化鉀在鹽酸中混合均勻，然后在50?100℃老化1?48h，固液分離，得到Fe?MOF材料；2）將步驟1）制得的Fe?MOF材料與聚乙烯吡咯烷酮在鹽酸中混合均勻，然后在120?200℃下刻蝕1?12h，冷卻，固液分離，得到卵黃?殼結構的Fe?MOF球；3）將步驟2）制得的Fe?MOF球與多巴胺在tris緩沖液中混合均勻，然后固液分離，干燥，得到Fe?MOF@DPA，然后將Fe?MOF@DPA與硫粉混合均勻，在400?900℃下保溫0.5?8h，冷卻，得FeS₂@C材料；4）將步驟3）制得的FeS₂@C材料與碳納米管在水中分散均勻，然后抽濾，濾餅干燥即得。本發明的自支撐鋁離子電池正極材料綜合性能好，為高性能全氣候柔性的鋁離子電池奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種自支撐鋁離子電池正極材料及其制備方法、鋁空氣電池、堿金屬離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高、使用壽命長等被廣泛用于各種便攜式電子產品及電動車領域。但由于鋰資源日益短缺，其儲能系統的成本居高不下，逐漸會被新的電池或其他儲能裝置取代。鋁為地殼中第三豐富的元素，且用作鋁離子電池（AIB）時，氧化還原過程可轉移三個電子，因此可提供較高的理論體積比容量（8046mAh/cm³），這使得鋁離子電池有望成為下一代二次電池。

目前，鋁離子電池在應用中仍面臨著幾個關鍵問題，包括體積/能量密度低、電極材料分解和穩定性差等。此外，鋁離子電池用的離子液體（IL）電解液具有寬的工作溫度范圍（如從-50°C到80°C）。但已有的正極材料，如石墨基電極材料即使在高溫下容量也小于150mAh/g，并不適合全氣候的使用。

因此，如何開發一種具有高容量、高循環穩定性的鋁離子電池材料意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種自支撐鋁離子電池正極材料及其制備方法、鋁空氣電池、堿金屬離子電池，以提高鋁離子電池正極材料的容量和循環穩定性。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

一種自支撐鋁離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將聚乙烯吡咯烷酮與鐵氰化鉀在鹽酸中混合均勻，然后在50-100℃老化1-48h，固液分離，得到Fe-MOF材料；

2）將步驟1）制得的Fe-MOF材料與聚乙烯吡咯烷酮在鹽酸中混合均勻，然后在120-200℃下刻蝕1-12h，冷卻，固液分離，得到卵黃-殼結構的Fe-MOF球；

3）將步驟2）制得的Fe-MOF球與多巴胺在tris鹽酸緩沖液中混合均勻，然后固液分離，干燥，得到Fe-MOF@DPA，然后將Fe-MOF@DPA與硫粉混合均勻，在400-900℃下保溫0.5-8h，冷卻，得FeS₂@C材料；

4）將步驟3）制得的FeS₂@C材料與碳納米管在水中分散均勻，然后抽濾，濾餅干燥即得。

進一步的，本申請的自支撐鋁離子電池正極材料為自支撐全氣候鋁離子電池正極材料。

步驟1）中聚乙烯吡咯烷酮與鐵氰化鉀的質量比為1：（0.01-0.1）。

步驟1）中每1g的聚乙烯吡咯烷酮對應使用（10～20）mL的鹽酸。

步驟1）中鹽酸的濃度為0.001-1mol/L。優選的，步驟1）中鹽酸的濃度為0.01-0.1mol/L。

步驟1）中固液分離為離心分離。固液分離后固體用蒸餾水和乙醇依次洗滌3-5次。洗滌后在室溫下干燥。