一种溴化物电池正极片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种溴化物电池正极片及其制备方法，所述电池正极片包含溴化物、碳材料、粘结剂和集流体；所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比为(40‑98):(1‑40):(1‑20)，其中，所述溴化物是通过溴单质与有机盐反应得到的。本发明专利技术通过在电池正极片中，采用将溴单质与有机盐反应生成的溴化物作为正极活性物质，从而使制得的二次电池拥有较高的比能量，可实现快速充放电，循环寿命长，并且原材料成本低。

A positive electrode for bromide battery and its preparation method

The invention relates to a bromide battery positive plate and preparation method thereof, wherein the battery positive plate containing bromide, carbon material, binder and current collector; the mass ratio of the bromides, carbon materials and binder for (40 98 (1): 40 (1): 20), among them, the bromide is obtained by elemental bromine and organic salt reaction. The invention uses the bromide generated from the reaction of bromine and organic salt as positive active material in the positive electrode piece of the battery, so that the two battery has higher specific energy, fast charge and discharge, long cycle life and low cost of raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种溴化物电池正极片及其制备方法
本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种电池正极片及其制备方法，尤其涉及一种溴化物电池正极片及其制备方法。
技术介绍
随着社会的快速发展，环境污染与传统能源短缺，人们需要更高效，更环保的能源来替代或补充传统能源，这导致对混合动力电动汽车、纯电动汽车的需求越来越多。电池作为电动车辆的心脏，是当前投资的热点，锂离子动力电池曾被认为是电动汽车最具开发潜力的动力电池；然而，随着镍、钴、锂等贵金属的开发，锂离子动力电池原材料大幅度上涨，制约了新能源车辆的推广与应用；锂离子动力电池安全性差，回收经济效益差也是制约其发展的重要因素。因此，寻求低成本，绿色环保，使用安全的动力电池的解决方案依然是新能源汽车首要解决的问题。卤素是地壳中储存丰富的元素，具有储存量大，提取工艺成熟，生产环保，回收无污染，价格低廉的优点，以卤素作为正极材料是一种理想的电极材料。溴单质是不同卤素原子之间通过共用电子对形成的共价化合物，溴单质化学性质活泼，如能将其用于电池领域，对于实现低成本，绿色环保，使用安全的动力电池势必会提供一种新思路。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术人通过研究发现，在电池正极片中，采用将溴单质与有机盐反应生成的溴化物作为正极活性物质时，可以得到低成本，绿色环保，使用安全和比能量高的动力电池，从而达到本专利技术。在第一方面，本专利技术提供了一种电池正极片，其包含溴化物、碳材料、粘结剂和集流体；所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比为(40-98):(1-40):(1-20)。本专利技术所述的“包含”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组份赋予所述电池正极片不同的特性。除此之外，本专利技术所述的“包含”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。本专利技术中，所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比为(40-98):(1-40):(1-20)。申请人声明，上述各组分的质量配比范围，涵盖了该范围的各具体点值，例如所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比可以是：40:1:1、40:4:1、40:10:1、40:20:1、40:30:1、40:40:1、40:1:5、40:1:10、40:1:20、50:1:1、50:4:7、50:15:18、60:5:1、60:7:7、65:10:6、70:1:5、80:6:13、85:4:12、90:40:1、92:12:5或98:40:17，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述溴化物是通过溴单质(溴素)与有机盐反应得到的。本专利技术提供的溴化物是作为一种新型的化学体系，通过将该溴化物添加到正极活性材料中，从而使制得的二次电池拥有更高的比能量，实现快速充放电，延长循环寿命，并且原材料成本低。根据本专利技术，所述有机盐的通式表示为[X]+Z-；其中，[X]+表示有机阳离子，Z-表示阴离子。本专利技术中所述有机盐是由体积较大的有机阳离子和体积较小的阴离子构成的，此类物质具有很多独特性能，例如物理化学性质稳定、蒸汽压极低而不易挥发、对有机和无机物皆有良好的溶解性以及极性可调控等。在本专利技术中，所述有机阳离子可以采用咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种，典型但非限制性的组合为：咪唑鎓离子和吡啶鎓离子；吡啶鎓离子和吡咯鎓离子；吗啉鎓离子、季铵盐离子和季膦盐离子等。根据本专利技术，所述有机阳离子优选采用季铵盐离子，其相比其它有机阳离子的优势在于：季铵盐(含有季铵盐离子的有机盐)是一种常用的化学品，其生产工艺成熟，价格低廉，可大规模采购使用。在本专利技术中，所述阴离子可以采用F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3SO2)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3S02)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种，典型但非限制性的组合为：F-和Cl-；Br-和I-；I-和PF6-；Cl-、Br-和SCN-等。示例性地，本专利技术中所述有机盐可以是：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4-min]PF4)、1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑鎓氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓、十六烷基氯化吡啶、三溴化吡啶鎓、N-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓盐、1-丁基-1-甲基溴化哌啶鎓、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、四甲基氯化铵、乙基三苯基溴化膦或十六烷基三丁基溴化膦等。本专利技术中的所述溴化物是通过溴单质与有机盐反应得到的。通过将该溴化物添加到正极活性材料中，从而使制得的二次电池拥有更高的比能量，实现动力电池的高性能、低成本、绿色环保和使用安全。根据本专利技术，所述溴化物是通过溴单质与上述有机盐[X]+Z-混合发生反应制备的，其化学反应可以用下列方程式表达：4Br2+[X]+Z-→[X]+[Br8Z]-，或者Br2+[X]+Z-→[X]+[Br2Z]-该化学反应中，1个[X]+Z-分子，最多可以络合4个Br2分子，因此，溴单质与有机盐的摩尔比例范围可以设置为(1-4):1。在本专利技术中，所述溴化物添加到正极活性材料中，可以使二次铝电池拥有更高的比能量，溴化物的理论比能量高达335mAh/g；美国斯坦福大学于2015年4月在杂志《nature》发表了一篇英文名《Anultrafastrechargeablealuminum-ionbattery》，这种电池正极材料的比容量较低，比容量仅有60-70mAh/g；以WS2、MoS2为正极的铝电池虽然比容量较高，但价格昂贵，不适合大规模采用；VO2、TiO2、Cr2O3、MnO2、FeOx、MoO2等层状金属氧化物为正极的铝电池，工作电压小于1.5V，比容量小于180mAh/g。示例性地，本专利技术中所述溴化物可以是：四乙基三溴化铵、四丁基三溴化铵、1-乙基-3-甲基-三溴咪唑、苯基三甲基三溴化铵、苄基三乙基三溴化铵、苄基三甲基三溴化铵、十二烷基三甲基三溴化铵。本专利技术中的所述溴化物可以通过如下方法进行制备，但并非仅限于此：(a)分别取溴单质与有机盐，控制溴单质与有机盐的摩尔比为(1-4):1，先将有机盐放入密闭容器中，所述密闭容器中通入惰性气体，所述惰性气体优选为氮气和/或氩气；(b)向密闭容器中加入溴单质，控制整个过程为1-60min，加入过程中边搅拌边冷却，温度控制在50℃以内；(c)待溴单质加入完毕，冷却到室温，得到所述溴化物。根据本专利技术，所述溴化物优选采用上述方法进行制备，其优势在于：其可以通过一次加料，在密闭的反应容器一次完成，不需要提纯、蒸发和过滤等工艺，生产周期可以缩短到1小时内。本专利技术中所述溴化物的制备过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池正极片，其包含溴化物、碳材料、粘结剂和集流体；所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比为(40‑98):(1‑40):(1‑20)。

【技术特征摘要】
1.一种电池正极片，其包含溴化物、碳材料、粘结剂和集流体；所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量配比为(40-98):(1-40):(1-20)。2.如权利要求1所述的电池正极片，其特征在于，所述溴化物是通过溴单质与有机盐反应得到的。3.如权利要求2所述的电池正极片，其特征在于，所述有机盐的通式表示为[X]+Z-；其中，[X]+表示有机阳离子，Z-表示阴离子；优选地，所述有机阳离子为咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种或至少两种的组合，优选为季铵盐离子；优选地，所述阴离子为F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3SO2)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种或至少两种的组合。4.如权利要求1-3之一所述的电池正极片，其特征在于，所述碳材料为石墨、碳量子点、活性炭、碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶、介孔碳、石墨烯、炭黑、纳米碳粉、中间相碳微球或硬碳中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳纳米管、碳量子点、石墨、炭黑或纳米碳粉中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1-4之一所述的电池正极片，其特征在于，所述粘结剂为CMC与SBR复配使用，或选自PVDF、LA133或LA132中的任意一种，优选PVDF作为粘结剂。6.如权利要求1-5之一所述的电池正极片，其特征在于，所述集流体为铝箔、泡沫铝、碳纸、碳塑复合膜或碳纤维毡中的任意一种或至少两种的组合。7.如权利要求1-6之一所述的电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化物、碳材料和粘结剂放入球磨机，所述溴化物、碳材料和粘结剂的质量比为(40-98):(1-40):(1-20)，球磨5-120min；(2)向球磨机中加入溶剂，使溴化物、碳材料和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为(40-60):(60-40)，球磨60-120min，得到正极浆料；(3)将正极浆料涂敷在集流体上，控制单面涂覆厚度为100-300μm；(4)将涂覆好的极片进行干燥；(5)将干燥后的极片进行挤...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐怀远，王媛珍，金源，王康彦，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33