一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池制造技术

本发明专利技术公开了一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，主要由包括导电聚合物碳硫正极、含铝负极和电解液组成。上述导电聚合物碳硫正极包括活性浆料层和集流体，其中，活性浆料层由粘结剂和活性材料组成，具体地，活性材料为改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料，该正极有效结合了聚苯胺比能量高和多孔炭导电性和循环稳定性好的优点，由此制备的二次铝电池性能得到提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学和新能源产品领域，涉及一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池。
技术介绍
随着可移动电子和通讯设备的迅速发展，二次电池的需求更为迫切，且越来越倾向于密集型、薄型、小型、轻型和高能量密度的电池的开发，以铝金属或铝合金为负极和硫基材料为正极的二次铝硫电池是符合需求的最具吸引力的电池体系，但是，目前铝硫电池仍然存在很多问题，其技术瓶颈在于硫基正极材料存在着活性材料损失、导电性差、还原过程产生的中间体多聚硫化物易溶于电解液、部分溶解的多聚硫化物扩散到达金属铝负极表面产生自放电反应及沉积在负极上使其钝化等问题，最终导致硫活性物质利用率低、容量衰减迅速、电池循环性能差。通常采用的办法是将硫同具有高比表面积、良好导电性和稳定性的材料复合。聚苯胺是一种极具发展潜力的电极材料，具有原料易得、合成简便、成本低廉、化学稳定性良好等优点，且比电容高。但是在充放电过程中，由于掺杂反应导致聚苯胺体积膨胀和收缩，聚苯胺分子链破坏，容量衰减大。为改善上述缺点，一般将聚苯胺和碳材料复合，研究最多的是碳纳米管，但是碳纳米管容量贡献小，会极大降低电极的能量密度，且价格昂贵。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，该二次铝电池能有效结合改性聚苯胺比能量高和多孔炭导电性和循环稳定性好的优点，改进现有电池中电极存在的硫负载量偏低，导电性差，能量密度低，循环性能差等问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，包括正极、含铝负极和电解液，所述正极由改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料和粘结剂混合后涂覆在集流体上得到，其中复合材料和粘结剂比例为7:2~8:2。改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料由改性聚苯胺纤维、多孔炭和硫组成，该复合材料中改性聚苯胺纤维为盐酸和金属离子Mn共掺杂聚苯胺纤维，其附着缠绕生长于多孔炭颗粒表面，多孔炭颗粒与聚苯胺纤维均匀缠绕分布。改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合材料中的硫采用热处理的方式均匀负载于改性聚苯胺纳米纤维表面和多孔炭孔隙中。上述导电聚合物碳硫正极的具体制备如下：将活性材料改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料同粘结剂按一定比例混合均匀制成活性浆料层，然后将活性浆料层涂覆在0.1-0.3mm厚的集流体上下表面，烘干碾压后裁成适合尺寸的正极片即可。上述导电聚合物碳硫正极中活性材料结构为纤维和颗粒均匀缠绕分布，可以减少电荷在材料中的传递路径，同时能增大改性聚苯胺纤维与电解液的有效接触面积，有利于充分发挥改性聚苯胺的电化学活性，改善其导电性和循环性。活性炭的添加，有助于减少聚苯胺纤维的团聚，使得电解液能充分浸透电极材料内部，可有效改善复合电极电化学可逆性，降低电极内阻，同时还能提高复合电极的比容量，其优异的导电性也有助于电荷和离子的快速迁移和传导，从而提高复合电极的大电流放电性能。上述包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，其含铝负极包括铝金属和铝合金，其中铝金属包括铝箔和沉积在基材上的铝，铝合金包括含有选自Li、Na、K、Ca、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一种元素与Al的合金。上述包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，其电解液为有机盐-卤化铝体系离子液体，有机盐的阳离子包括咪唑鎓离子，吡啶鎓离子，吡咯鎓离子，哌啶鎓离子，吗啉鎓离子，季铵盐离子，季鏻盐离子和叔鋶盐离子，有机盐的阴离子包括Cl-，Br-，I-，PF6-，BF4-，CN-，SCN-，[N(CF3SO2)2]-，[N(CN)2]-，卤化铝包括氯化铝、溴化铝或碘化铝。上述包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池的制备方法如下：将制备好的导电聚合物碳硫正极和0.16mm厚的隔膜以及制备好的负极卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入电解液，最后封口完成。附图说明图1是本专利技术所述的导电聚合物碳硫正极结构示意图。图2是本专利技术所述的正极活性材料的结构示意图。其中，1—活性浆料层，2—集流体，3—改性聚苯胺纤维，4—硫，5—多孔炭颗粒。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。下面的实施例描述了本专利技术的几种实施方式，它们仅是说明性的，而非限制性的。如图1所示，本具体实施方式所述的导电聚合物碳硫正极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。如图2所示，本具体实施方式所述的正极活性材料为改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料，其中，改性聚苯胺纤维3为盐酸和金属离子Mn共掺杂聚苯胺纤维，其附着缠绕生长于多孔炭颗粒5表面，多孔炭颗粒与聚苯胺纤维均匀缠绕分布，硫4均匀负载于改性聚苯胺纳米纤维表面和多孔炭孔隙中。本专利技术所述的导电聚合物碳硫正极，为了使复合材料电化学可逆性和电极内阻最低，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比优选为大于2，小于4。本专利技术所述的导电聚合物碳硫正极，为保证活性物质硫的负载量和电极能量密度，在采用热处理负载硫的过程中，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:10-1:20，二者复合温度优选为600-750℃。实施例1制备导电聚合物碳硫正极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为3，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:20，同硫的复合温度为700℃。将制备好的导电聚合物碳硫正极和0.16mm厚的玻璃纤维滤纸隔膜以及制备好的铝片负极卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入氯化铝-三乙胺盐酸盐离子液体电解液，最后封口组装成二次铝电池。实施例2制备导电聚合物碳硫正极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为9:1，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为3.5，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:15，同硫的复合温度为750℃。将制备好的导电聚合物碳硫正极和0.16mm厚的玻璃纤维非织隔膜以及制备好的铝锂合金片负极卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入氯化铝-三乙胺盐酸盐离子液体电解液，最后封口组装成二次铝电池。实施例3制备导电聚合物碳硫正极，，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为9:1，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为2.5，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:10，同硫的复合温度为600℃。将制备好的导电聚合物碳硫正极和0.16mm厚的玻璃纤维滤纸隔膜以及制备好的铝锂合金片负极卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入氯化铝-三乙胺盐酸盐离子液体电解液，最后封口组装成二次铝电池。实施例4对实施例1-3中所制备的二次铝电池进行充放电循环测试，以1C进行充电至2.5V，0.1C放电，放电截止电压为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，包括正极、含铝负极和电解液，其特征在于，所述正极由改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料和粘结剂混合后涂覆在集流体上得到，其中复合材料和粘结剂比例为7:2~8:2。

【技术特征摘要】
1.一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，包括正极、含铝负极和电解液，其特征在于，所述正极由改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料和粘结剂混合后涂覆在集流体上得到，其中复合材料和粘结剂比例为7:2~8:2。2.根据权利要求1所述的一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，其特征在于，该复合材料由改性聚苯胺纤维、多孔炭和硫组成，其中改性聚苯胺纤维为盐酸和金属离子Mn共掺杂聚苯胺纤维，其附着缠绕生长于多孔炭颗粒表面，多孔炭颗粒与聚苯胺纤维均匀缠绕分布。3.根据权利要求2所述的一种包括导电聚合物碳硫正极的二次铝电池，其特征在于，硫均...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇光，
申请(专利权)人：南京中储新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32