基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法技术

技术编号:15705949 阅读:386 留言:0更新日期:2017-06-26 16:44
本发明专利技术公开了一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法。所述铝离子电池包括正极、负极和电解液,所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质,所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构,所述负极包括高纯度金属铝或铝合金,所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。本发明专利技术提供的铝离子电池具有循环性能稳定、比容量高、库伦效率高等特点,且电极材料来源广泛、成本低、制备方法简单,可广泛应用于多种领域,如便携式电子设备、电动汽车、通讯产业等。

Aluminum ion battery based on conductive polymer positive electrode and preparation method thereof

The invention discloses an aluminum ion battery based on a conducting polymer positive electrode and a preparation method thereof. The aluminum ion battery includes a cathode, anode and electrolyte, the positive electrode comprises a current collector and collector active material fluid combination, the electrically active material includes a conductive mesh structure formed by a conductive polymer, the negative electrode includes high purity aluminum or Aluminum Alloy, wherein the electrolyte comprises an aluminum containing Lewis acid electrolyte. Aluminum ion battery provided by the invention has stable cycle performance, high capacity and high efficiency in Kulun, and the electrode wide material source, low cost, simple preparation method, can be widely used in many fields, such as portable electronic devices, electric vehicles, communication industry etc..

【技术实现步骤摘要】
基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法
本专利技术涉及一种铝离子电池,尤其涉及一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法,属于能源材料

技术介绍
随着现代科技的飞速发展,人们对能源需求日益加大,作为传统储能装置的锂离子电池,因其有限的资源和昂贵的成本受到了严重的阻碍。因此,开发成本低廉、环境友好且具有良好储能性能的新型电池体系尤为重要。基于嵌入脱嵌机制的铝离子电池,由于三价铝具有更高的能量密度,且资源丰富具有明显的成本优势,因此受到了广泛的关注。然而,关于铝离子电池的报道相对较少,而且循环性能差、容量低、库伦效率低等问题尚未解决,限制了其快速发展及商业化应用。因此,开发循环寿命长且性能良好的铝离子电池体系,具有十分重要的理论意义和商业价值。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法,以提升铝离子电池性能,从而克服现有技术中的不足。为了达到上述专利技术目的,本专利技术采用的技术方案包括:本专利技术实施例提供了一种基于导电聚合物正极的铝离子电池,其包括正极、负极和电解液,所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质,所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构,所述负极包括高纯度金属铝或铝合金,所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。优选的,所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。进一步的,所述集流体包括不锈钢箔、泡沫镍、碳纸中的任意一种,但不限于此。优选的,所述含铝路易斯酸性电解质主要由含铝离子的路易斯酸和一种以上含不同取代基咪唑类离子液体混合形成。进一步的,所述咪唑氯化盐包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯化盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐的任意一种或两种以上按任意比例混合而成的组合物,但不限于此。优选的,所述含铝路易斯酸性电解质主要由摩尔比为1.1~1.8的含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合形成。进一步的,当时所述铝离子电解质为液体时,所述铝离子电池还包括隔膜。优选的,所述隔膜包括具有离子通透性的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜和玻璃纤维材料的任意一种,但不限于此。优选的,所述电活性物质包括80~95wt%导电聚合物和5~20wt%粘结剂,所述粘结剂与所述导电聚合物均匀混合。本专利技术实施例提供了一种制备所述铝离子电池的方法,其包括:提供呈导电网状结构的聚合物,并与粘结剂均匀混合后涂覆在集流体上,作为正极;提供负极,包括高纯度铝或铝合金;提供主要由含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体均匀混合形成的含铝路易斯酸性电解质,作为电解液;将所述正极、负极、隔膜和电解液组配形成铝离子电池。优选的,所述的制备方法包括:在H2O<1ppm,O2<1ppm的环境中完成所述铝离子电池的封装。优选的,所述的制备方法包括:在惰性气氛中将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合,并持续搅拌至形成澄清流体,即为所述电解液。本专利技术提出了一种新型的铝离子电池结构,其正极活性物质采用具有良好导电网络结构的导电聚合物,有利于铝离子的嵌入和脱出,并且自身提供良好的导电性;同时,其负极采用铝或铝合金,铝作为地壳含量最丰富的金属元素,资源丰富且成本低廉,在所有的金属材料中,体积比容量最高,质量比容量仅次于锂,作为负极材料具有无可比拟的优势;又及,其电解液采用离子液体,具有较高的电导率、较宽的电位窗口以及良好的热稳定性和化学稳定性等特显;再及,其采用的隔膜具有良好的绝缘性、对电解质离子具有良好的透过性,耐腐蚀具有一定的化学和电化学稳定性,具有足够的力学性能。总之,与现有技术相比,本专利技术的优点包括:提供的铝离子电池具有循环性能稳定、比容量高、库伦效率高等特点,且电极材料来源广泛、成本低、制备方法简单,可广泛应用于多种领域,如便携式电子设备、电动汽车、通讯产业等。附图说明图1是本专利技术实施例1中铝离子电池的放电性能测试图;图2是本专利技术实施例2中铝离子电池的放电性能测试图。具体实施方式本专利技术的一个方面提供了一种导电聚合物作为正极活性物质的铝离子电池,其包含正极、负极、电解液等,其中所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质,所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构,所述负极包括高纯度金属铝(纯度在99.9%以上)或铝合金,所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。进一步的,当所述含铝路易斯酸性电解质为液体时,所述铝离子电池还应包括隔膜材料。所述导电聚合物、隔膜、含铝路易斯酸性电解质、集流体等可选自前文所列的各种类型,此处不再赘述。优选的,所述正极不含导电剂,例如不含乙炔黑、超级碳、碳纳米管等。优选的,所述电活性物质包括粘结剂与导电聚合物的均匀混合物。所述粘结剂可以为聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯的一种,但不限于此。本专利技术的一个方面提供了一种制备所述铝离子电池的方法。例如,在一实施案例中,所述制备方法包括如下步骤:1)作为正极材料的导电聚合物的制备,导电聚合物为导电网状结构;2)将上述的导电聚合物与粘结剂均匀混合后涂在集流体上,作为正极;3)将高纯度铝清洗处理,作为负极;4)将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体按比例均匀混合,作为含铝路易斯酸性电解质;5)以导电聚合物为电池正极材料、高纯度铝为负极、离子液体为电解液,在手套箱(H2O<1ppm;O2<1ppm)完成封装。进一步的,在前述步骤3)中,可以高纯度铝片剪裁至合适尺寸,例如直径约20mm的圆,然后用砂纸打磨,稀盐酸清洗,除去其表面氧化膜,再利用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗,60℃真空干燥。进一步的,在前述步骤4)中,为获得含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合的含铝路易斯酸性电解质,需在氩气保护的手套箱中进行配置,同时磁力搅拌24h至澄清方可使用。以下结合若干较佳实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。实施例1将0.48mg聚苯胺与0.2mgPVDF混合均匀,加入适量NMP,刮于不锈钢箔上,80℃真空干燥12h,剪裁成18mm的正极。将高纯度的铝箔浸泡于盐酸1~5min,丙酮超声30~90min后干燥,作为负极。氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐按摩尔比1.1:1合成离子液体作为电解液。在手套箱(H2O<1ppm;O2<1ppm)封装成2032型纽扣电池。将该铝离子电池静置12h后,在0.02~2.5V进行充放电测试,测试结果可参考图1。实施例2将1.25mg聚吡咯与0.2mgPVDF混合均匀,加入适量NMP,刮于不锈钢箔上,80℃真空干燥12h,剪裁成18mm的正极。将高纯度的铝箔浸泡于盐酸1~5min,丙酮超声30~90min后干燥,作为负极。氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐按摩尔比1.3:1合成离子液体作为电解液。在手套箱(H2O<1ppm;O2<1ppm)封装成2032型纽扣电池。将该铝离子电池静置12h后,在0.02~2.5V进行充放电测试,测试结果可参考图2。本专利技术导电聚合物作正极的铝离子电池制备工艺简单,安全,成本低,并可扩展到制备其他超价离子电池的制备,对于铝离子电池商用化具有极大价值。应当理解,上述实例仅为说明本专利技术的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施,并本文档来自技高网...
基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法

【技术保护点】
一种基于导电聚合物正极的铝离子电池,其特征在于包括正极、负极和电解液,所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质,所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构,所述负极包括高纯度金属铝或铝合金,所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。

【技术特征摘要】
1.一种基于导电聚合物正极的铝离子电池,其特征在于包括正极、负极和电解液,所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质,所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构,所述负极包括高纯度金属铝或铝合金,所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。2.根据权利要求1所述的铝离子电池,其特征在于:所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的铝离子电池,其特征在于:所述集流体包括不锈钢箔、泡沫镍、碳纸中的任意一种。4.根据权利要求1所述的铝离子电池,其特征在于:所述电解质主要由含铝离子的路易斯酸和一种以上含不同取代基咪唑类离子液体混合形成,所述咪唑类离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯化盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐的任意一种或两种以上按任意比例混合而成的组合物。5.根据权利要求4所述的铝离子电池,其特征在于所述铝离子电解质主要由摩尔比为1.1~1.8的含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合形成。6.根据权利要求1所述的铝离子...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵志刚张炜坤
申请(专利权)人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
类型:发明
国别省市:江苏,32

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