[發(fā)明專利]正極材料、電極和可充放電鋁離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210491218.6
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114784250B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶飛;喬佳;李欣;楊建紅;伍建春;魏國康;王思賢;徐鑫琪
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/60;H01M4/62;H01M4/137;H01M10/054
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 廖娜;李鋒

本發(fā)明涉及鋁離子電池領(lǐng)域，公開了一種正極材料、電極和可充放電鋁離子電池，該正極材料由質(zhì)量比為1:0~3的基本相和增強(qiáng)相組成，所述基本相為苯胺類有機(jī)化合物，所述增強(qiáng)相用于增大電子電導(dǎo)率及比表面積。與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備的鋁離子電池具有充放電能量效率高、循環(huán)穩(wěn)定性好、原材料廉價(jià)且制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，適宜工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。其比容量高，能量效率高，循環(huán)穩(wěn)定性好，該鋁離子電池可廣泛應(yīng)用于電子通訊、儲能器件等眾多領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種正極材料、電極和可充放電鋁離子電池。

背景技術(shù)

人類的發(fā)展對能源的需求越來越大，進(jìn)21世紀(jì)以來，各種可再生能源蓬勃發(fā)展，但儲能器件的發(fā)展并沒有適應(yīng)能源發(fā)展的需求自20世紀(jì)90年代鋰離子電池的商業(yè)化以來，儲能器件在日常生活中扮演著越來越重要的角色。眾所周知，可充電電池由于其相對較高的能量效率和高能量密度而成為電化學(xué)儲能最受青睞的候選者。商用鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于電動汽車和便攜式設(shè)備，但高昂的成本和地殼中極低的鋰含量（0.0065?wt.%）極大地限制了其在大規(guī)模固定式儲能中的實(shí)際應(yīng)用。因此，面向智能電網(wǎng)的可充電電池系統(tǒng)迫切需要低成本、儲量豐富、安全性高、能量密度適中的電池材料。

除了鋰離子電池之外，作為電荷載體的單價(jià)和多價(jià)金屬離子電池已被開發(fā)出來，對容量、豐度、成本和內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性的綜合評估表明，可充電鋁電池?(RAB)?比其他電池更有開發(fā)前景。首先，鋁每個(gè)原子攜帶三個(gè)電子，這意味著鋁金屬具有非常高的容量，特別是在體積容量方面；其次，鋁是最豐富、成本最低的元素，具有巨大的低成本和大規(guī)模儲能潛力；第三，鋁在空氣中是穩(wěn)定的，因此加工、儲存和運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)上是可行的。但是，目前對于鋁離子電池研究也出現(xiàn)了一些棘手的問題，比如正極材料容易分解、電池電化學(xué)窗口低、循環(huán)性能差、能量效率低，這些問題都需要去解決。對于鋁離子電池正極材料開發(fā)也有很多的報(bào)道。比如Dai等人采用三維石墨烯泡沫做鋁離子電池正極材料（Nature,?2015,?520(4),325），Jayaprakash等人用V₂O₅納米線做鋁離子電池正極材料（Chem.?Commun.,?2011,?47,12610.），Li等人用Co₃S₅做鋁離子電池正極材料（Nano?Energy?2019,?56,?100–108.），Zhao等使用聚噻吩/石墨復(fù)合材料做鋁離子電池正極材料（New?J.?Chem.,?2019,?43(37),15014-15022.）等，這些材料的放電比容量低，循環(huán)性能差，能量效率低等不足達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化鋁離子電池正極材料的要求。因此，開發(fā)出高比容量，穩(wěn)定循環(huán)壽命，能量效率高的鋁離子電池電極材料非常重要。

到目前為止還沒有報(bào)道過一種苯胺類有機(jī)化合物用作鋁離子電池的正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種正極材料、電極和可充放電鋁離子電池，本發(fā)明中的鋁離子電池具有循環(huán)穩(wěn)定性好、能量效率高、原材料便宜且制備工藝簡單，電池穩(wěn)定后其放電比容量高達(dá)138?mAh?g?^-1，電池循環(huán)500圈，比容量無衰減。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種可充放電鋁離子電池的正極材料，可充放電鋁離子電池正極材料，其特征在于，由質(zhì)量比為1:0~3的基本相和增強(qiáng)相組成，所述基本相為苯胺類有機(jī)化合物，所述增強(qiáng)相用于增大電子電導(dǎo)率及比表面積。

進(jìn)一步地，若所述增強(qiáng)相的質(zhì)量不為零，則，所述正極材料的制備方法如下：將基本相溶于氯仿溶液中配成近飽和的基本相氯仿溶液，將增強(qiáng)相分散在丙酮中得增強(qiáng)相丙酮溶液；將所述基本相氯仿溶液滴加到所述增強(qiáng)相丙酮溶液中，對所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾洗滌，然后在55~65℃溫度下真空烘干，即得到所述正極材料。