本发明专利技术涉及一种导电金属氧化物集流体涂层,特别是涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,属于电池领域。本发明专利技术将氧化铟锡、掺氟氧化锡或者LaNiO3涂层,溅射到透明玻璃、金属箔或者聚合物薄膜上制备成集流体;该集流体在宽电化学窗口(0‑3.0V/0‑2.5V(vs Al))下化学稳定性以及电化学稳定性均良好;在保证了集流体良好效果的同时,有效地降低了集流体的生产及使用成本;且该集流体具有有一定的可弯曲度,使用范围更广。
A Conductive Metal Oxide Collector Coating for Aluminum Ion Batteries
The invention relates to a conductive metal oxide fluid collecting coating, in particular to a conductive metal oxide fluid collecting coating for an aluminum ion battery, belonging to the battery field. In the present invention, indium tin oxide, tin fluoride doped oxide or LaNiO 3 coating are sputtered onto transparent glass, metal foil or polymer film to prepare collector fluid; the collector has good chemical stability and electrochemical stability under wide electrochemical window (0 3.0V/0 2.5V (vs Al); while guaranteeing good collector effect, the production and use of collector fluid are effectively reduced. The collector has a certain degree of flexibility and has a wider application range.
【技术实现步骤摘要】
一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层
本专利技术涉及一种导电金属氧化物集流体涂层,特别是涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,属于电池领域。
技术介绍
近几年新兴的铝离子电池依靠其优势得到了广泛的关注,其主要优势包括铝元素地表储存丰富,解决资源匮乏问题,使用非易燃且电化学稳定的离子液体电解液,解决安全性问题,铝金属负极具有很高的理论比容量(2978mAhg-1and8034mAhL-1)。但是目前正在发展的铝离子电池同样面临需要解决的问题,包括集流体问题、铝负极腐蚀问题以及电解液成本高昂等问题。其中目前使用效果好的集流体多为具有惰性特征的且在该电解液体系中相应电压范围内性能稳定金属钽箔以及钼箔,但是此类金属资源储存少,价格昂贵,与此同时也有少数研究者使用价格低廉的金属镍箔以及钛箔等,但是这些金属箔片都存在化学以及电化学不稳定性问题,所以难以在铝电池体系中稳定的工作,这些问题都严重阻碍了铝离子电池的进一步发展。少数研究学者目前已经对铝离子电池体系中的集流体进行了初步的研究:Y.Tak等人(Y.Oh,G.Lee,Y.Tak,ChemElectroChem.2018,5,22,3348-335.)对集流体镍箔、钼铂及钨箔进行了充分的实验,通过化学稳定性测试,发现镍箔在该铝离子电池体系中会存在化学腐蚀,对于电化学稳定性,通过循环伏安法测试,发现镍箔在低电位下会发生不利的副反应,耐压范围窄(0.6-2.5VvsAl);其次Y.Tak等人同时对钨箔进行了研究,在电压窗口0.0-2.5V(VvsAl)范围内具有稳定的电化学性能,但是其化学稳定性一般;最后Y.Tak等人对金属钼箔进行了研究,研究表明钼箔具有良好的电化学(0.0-2.5VvsAl)以及化学稳定性。H.Yu等人(Y.Zhang,S.Liu,Y.Ji,J.Ma,H.Yu,Adv.Mater.2018,1706310.)在对铝离子电池进行综述阐述时,同样明确指出了获得稳定集流体的重要性。最近S.Wang等人(S.Wang,K.V.Kravchyk,A.N.Filippin,U.Müller,Adv.Sci.2018,1700712.)对新型集流体进行了研究,采用扣式电池结构,将扣式电池不锈钢结构采用物理溅射工艺,溅射一层TiN保护层,获得稳定的集流体结构,并且得到了较好的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有铝离子电池体系中使用价格低廉集流体导致化学、电化学性能不稳定以及其他贵金属导致的成本高的问题,提供一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,涂层为导电金属氧化物;所述导电金属氧化物包括:氧化铟锡、掺氟氧化锡或者LaNiO3;采用所述涂层制备电池集流体:将所述涂层涂覆在集流体基底表面;所述基底包括:透明玻璃、金属箔或者聚合物薄膜;所述基底的厚度为:0.01mm~10mm;所述涂覆方法为溅射法;所述金属箔基底包括:纯金属钛、铜、铝、不锈钢、铁或镍;所述聚合物膜基底包括:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、高分子橡胶或环氧树脂;所述基底为玻璃片,导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为:将玻璃片基底(厚为0.01mm~10mm)进行超声清洗干净;将样品放置磁控溅射腔体,抽真空,用等离子体氩气清洗表面(1~30min);衬底温度为室温,功率10~600w,直流溅射,气压1~30mtorr,一面的溅射时间为10~1500min;溅射完成取样。所述基底为金属箔片,导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为:将金属箔基底(厚为0.01mm~10mm)进行超声清洗干净;将样品放置磁控溅射腔体,抽真空,用等离子体氩气清洗表面(1~30min);衬底温度为室温,功率10~600w,直流溅射,气压1~30mtorr,一面的溅射时间为10~1500min;溅射完成取样。所述基底为聚合物薄膜,导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为:将聚合物薄膜基底(厚为0.01mm~10mm)进行超声清洗干净;将样品放置磁控溅射腔体,抽真空,用等离子体氩气清洗表面(1~30min);衬底温度为室温,功率10~600w,直流溅射,气压1~30mtorr,一面的溅射时间为10~1500min;溅射完成取样。一种使用该集流体的铝离子电池,包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液;所述正极极片和负极极片中至少一种使用该专利技术所涉及集流体。所述正极极片包括集流体和正极活性物质层,正极活性物质材料可采用碳类材料(石墨烯、碳纸、天然石墨、氧化石墨烯和氟化石墨烯等)、过渡金属氧化物(二氧化钛、五氧化二钒、二氧化钒等)和硫化物(三硫化二镍、硫化镍硫化铜、二硫化钼等)等。所述负极极片包括集流体和负极活性物质层,负极活性物质材料可采用纯度较高的铝金属(~90%),或者铝金属与其他金属(铜、铁、镍、锡、铅等)的合金。所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜等常用隔膜材料。所述电解液包括咪唑体系电解液、尿素体系电解液以及凝胶聚合物电解质等。所述咪唑体系电解液为无水AlCl3粉体与1-乙基-3-甲基-氯化咪唑翁([EMIm]Cl)摩尔比1-2混合反应所得最终咪唑体系电解液;所述尿素体系电解液为无水AlCl3粉体与尿素摩尔比1-2混合反应所得最终尿素体系电解液;所述凝胶聚合物电解质为酸性IL加入丙烯酰胺与AlCl3的络合体系中,引发剂引发聚合,得最终凝胶聚合物电解质。有益效果1、本专利技术涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,将氧化铟锡、掺氟氧化铟锡或者LaNiO3作为集流体耐蚀涂层,具有良好的耐腐蚀效果。2、本专利技术涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,采用溅射方法等成熟可控的方式涂覆到流体基底层上,制备成集流体,该集流体在宽电化学窗口(0-3.0V/0-2.5V(vsAl))下化学稳定性以及电化学稳定性均良好;在保证了集流体良好效果的同时,有效地降低了集流体的生产及使用成本;且该集流体具有有一定的可弯曲度,使用范围更广。3、具有本专利技术涂层的集流体制备的电池具有良好的电化学性能。在电极材料选用4000目的石墨粉为正极材料且集流体基底采用聚酰亚胺时,比容量可达到~120mAh/g。附图说明图1为纯氧化铟锡靶材、玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体的Tafel极化曲线;图2为纯氧化铟锡靶材、玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体的在10mv/s的扫速下的循环伏安曲线;图3为玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体组装的铝离子电池在50mA/g电流密度下的充放电曲线。具体实施方式本专利技术将通过附图和具体实施例进行更详细的描述,但本专利技术的保护范围并不受限于以下实施例。实施例1本实施例为铝离子电池的集流体耐蚀涂层初步验证可采用如下方法:将购买的纯氧化铟锡靶材线切本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,其特征在于:涂层为导电金属氧化物。
【技术特征摘要】
1.一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,其特征在于:涂层为导电金属氧化物。2.如权利要求1所述的一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层,其特征在于:所述导电金属氧化物包括:氧化铟锡、掺氟氧化锡或者LaNiO3。3.采用如权利要求1所述的涂层制备的集流体,其特征在于:将所述涂层涂覆在集流体基底表面。4.如权利要求3所述的集流体,其特征在于:所述基底包括:透明玻璃、金属箔或者聚合物薄膜;所述基底的厚度为:0.01mm~10mm;所述涂覆方法为溅射法。5.如权利要求4所述的集流体,其特征在于:所述金属箔基底包括:纯金属钛、铜、铝、不锈钢、铁或镍;所述聚合物膜基底包括:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、高分子橡胶或环氧树脂。6.制备如权利要求5所述的集流体的方法,其特征在于:将清洗干净的基底置于磁控溅射腔体,抽真空,再用等离子体氩气将表面清洗干净,衬底温度为室温,功率10~600w,直流溅射,气压1~30mtorr,每个面的溅射时间为10~1500min;溅射完成取样得到集流体。7.采用如权利要求3至6任意一项所述的集流体制备的铝离子电池,包括正极极片、...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋维力,陈浩森,陈丽丽,焦树强,方岱宁,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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