一种复合电极及其制作方法、电池技术

本发明专利技术公开一种复合电极及其制作方法、电池，涉及电池技术领域，以抑制电池在充放电过程中的容量衰减。所述复合电极的制作方法包括：提供过渡金属基底；采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层。所述复合电极应用上述复合电极的制作方法制作而成。本发明专利技术复合电极及其制作方法、电池用于抑制电池在充放电过程中的容量衰减。

A composite electrode and its manufacturing method, battery

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极及其制作方法、电池
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种复合电极及其制作方法、电池。
技术介绍
铝离子电池是一种具有高理论容量、良好安全特性、低可燃性和低成本的新型能源存储器件，被视为新一代的能源存储希望。由于正极材料是铝离子电池的关键组成部分，其是决定铝离子电池的电化学性能的主要因素，因此，正极材料的制备及性能提升将成为研究的重点。大量研究结果证实，过渡金属硫化物具有导电性好、电容量大等优异的电学特性，这使其可用于铝离子电池的正极材料中。虽然过渡金属硫化物有着较高的电容量，但是，过渡金属硫化物在进行电极反应时所产生的Al2S3等中间产物可溶解于电解液中，导致铝离子电池的性能在充放电过程中严重衰减。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合电极及其制作方法、电池，以抑制电池在充放电过程中的容量衰减。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种复合电极的制作方法，包括：提供过渡金属基底；采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层。与现有技术相比，本专利技术提供的复合电极的制备方法中，采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层，使得采用复合电极的制作方法所制作的复合电极作为正极应用于电池时，如果电池发生放电反应，作为正极的复合电极所包含的过渡金属基底可将外部导线所传送的电子传导至过渡金属硫化物层，使得过渡金属基底与过渡金属硫化物层的接触面发生电化学反应；在这个过程中，过渡金属基底接触过渡金属硫化物层的表面的过渡金属原子失电子变成过渡金属离子，并转移至过渡金属硫化物层接触过渡金属基底的表面；而由于过渡金属硫化物层接触过渡金属基底的表面所含有的过渡金属离子得到电子形成过渡金属原子和过渡金属离子价态较低的过渡金属硫化物。如果电池发生充电反应，过渡金属硫化物层所含有的一部分过渡金属硫化物失去电子，使得在放电反应中所获得的过渡金属离子价态较低的过渡金属硫化物进行氧化，形成过渡金属离子价态较高的过渡金属硫化物，并沉积出部分过渡金属。由上可见，在充放电的过程中，得失电子在过渡金属基底和过渡金属硫化物层的接触面发生；而由于过渡金属硫化物层具有一定的厚度，电池所包括的电解液所含有的离子难以进入过渡金属基底和过渡金属硫化物层的接触面，因此，本专利技术提供的复合电极的制作方法所制作的复合电极作为正极用于电池时，该复合电极所包括的过渡金属硫化物层不容易与电解液发生反应，使得电池的容量衰减大幅抑制。另外，在电池充放电的过程中，过渡金属硫化物层发生了氧化还原反应，使得过渡金属硫化物层可作为存储电子的载体，以增加电子的传输速度。本专利技术还提供了一种复合电极，应用上述复合电极的制作方法制作，所述复合电极包括过渡金属基底以及形成在所述过渡金属基底的表面的过渡金属硫化物层。与现有技术相比，本专利技术提供的复合电极的有益效果与上述技术方案提供的复合电极的制作方法的有益效果相同，在此不做赘述。本专利技术还提供了一种电池，所述电池包括上述技术方案所述的复合电极。与现有技术相比，本专利技术提供的电池的有益效果与上述技术方案所述的复合电极的制作方法的有益效果相同，在此不做赘述。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的复合电极的制作方法流程图；图2为本专利技术实施例中采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层的流程图；图3为对过渡金属基底的表面所形成的过渡金属硫化物层进行防腐蚀包覆处理的流程图；图4为本专利技术实施例提供的复合电极的结构示意图；图5为软包铝离子电池的性能测试曲线。附图标记：1-过渡金属基底，2-过渡金属硫化物层；3-防腐蚀层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图2，本专利技术实施例提供的复合电极的制作方法，包括：请参阅图1，本专利技术实施例提供的复合电极的制作方法包括如下步骤：步骤S100：提供过渡金属基底；该过渡金属基底可根据实际大小和形状要求进行裁剪。步骤S300：采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层。本专利技术实施例提供的复合电极的制作方法中，采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层，使得采用复合电极的制作方法所制作的复合电极作为正极应用于电池时，如果电池发生放电反应，作为正极的复合电极所包含的过渡金属基底可将外部导线所传送的电子传导至过渡金属硫化物层，使得过渡金属基底与过渡金属硫化物层的接触面发生电化学反应；在这个过程中，过渡金属基底接触过渡金属硫化物层的表面的过渡金属原子失电子变成过渡金属离子，并转移至过渡金属硫化物层接触过渡金属基底的表面；而由于过渡金属硫化物层接触过渡金属基底的表面所含有的过渡金属离子得到电子形成过渡金属原子和过渡金属离子价态较低的过渡金属硫化物。如果电池发生充电反应，过渡金属硫化物层所含有的一部分过渡金属硫化物失去电子，使得在放电反应中所获得的过渡金属离子价态较低的过渡金属硫化物进行氧化，形成过渡金属离子价态较高的过渡金属硫化物，并沉积出部分过渡金属。由上可见，在充放电的过程中，得失电子在过渡金属基底和过渡金属硫化物层的接触面发生；而由于过渡金属硫化物层具有一定的厚度，电池所包括的电解液所含有的离子难以进入过渡金属基底和过渡金属硫化物层的接触面，因此，本专利技术实施例提供的复合电极的制作方法所制作的复合电极作为正极用于电池时，该复合电极所包括的过渡金属硫化物层不容易与电解液发生反应，使得电池的容量衰减大幅抑制，这样就能够提高电池的稳定性。另外，在电池充放电的过程中，过渡金属硫化物层发生了氧化还原反应，使得过渡金属硫化物层可作为存储电子的载体，以增加电子的传输速度。为了防止上述过渡金属基底表面形成有过渡金属氧化物，导致所制作的复合电极的导电性不佳，如图1所示，在提供过渡金属基底后，采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层前，上述复合电极的制作方法还包括：步骤S200：对过渡金属基底进行酸洗，直到过渡金属基底的表面产生气泡。此时说明过渡金属基底表面所含有的过渡金属氧化物已经被去除完全，过渡金属基底表面具有良好的金属特性。通过表面是否产生气泡不仅可以判断过渡金属基底表面的过渡金属氧化物是否被去除完全，而且还能够尽量减少酸洗所使用的酸性溶液对过渡金属基底的腐蚀。其中，酸洗所使用的酸性溶液一般是质量浓度为2％～10％的硝酸水溶液。为了避免对过渡金属基底进行酸洗后，残留在过渡金属基底表面的酸性溶液对过渡金属基底的继续腐蚀，可将酸洗后的过渡金属基底放到无水乙醇中超声清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合电极的制作方法，其特征在于，包括：/n提供过渡金属基底；/n采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合电极的制作方法，其特征在于，包括：
提供过渡金属基底；
采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层。


2.根据权利要求1所述的复合电极的制作方法，其特征在于，在所述提供过渡金属基底后，所述采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层前，所述复合电极的制作方法还包括：
对所述过渡金属基底进行酸洗，直到所述过渡金属基底的表面产生气泡。


3.根据权利要求1所述的复合电极的制作方法，其特征在于，所述过渡金属基底所含有的过渡金属与所述渡金属硫化物层所含有的过渡金属相同。


4.根据权利要求1所述的复合电极的制作方法，其特征在于，所述采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层包括：
将所述过渡金属基底和可释放硫化氢气体的硫化物溶液加入到反应容器中，使得所述过渡金属基底浸没在所述硫化物溶液中，得到处理体系；
在密封环境下控制所述处理体系含有的硫化物溶液中的硫化物分解，以释放出硫化氢气体；
所述硫化氢气体与所述过渡金属基底表面所含有的过渡金属原子反应，使得所述过渡金属基底表面形成过渡金属硫化物层；
将表面形成过渡金属硫化物层的所述过渡金属基底进行真空干燥。


5.根据权利要求4所述的复合电极的制作方法，其特征在于，所述硫化物溶液所含有的硫化物为硫代乙酰胺或硫脲；
当所述硫化物溶液所含有的硫化物为硫代乙酰胺时，所述获得处理体系后，在密封环境下，控制所述处理体系含有的硫化物溶液所含有的硫化物分解前，所述采用水热法在过渡金属基底的表面形成过渡金属硫化物层还包括：
向所述处理体系中加入酸性溶液，使得所述处理体系的pH值＝4.5～6.5。


6.根据权利要求4所述的复合电极的制作方法，其特征在于，所述硫化物溶液的浓度为0.1mmoL/L～0.5mmoL/L，所述硫化物溶液所含有的硫化物的分解温度为60℃～150℃，所述反应的时间为5h～20h。


7.根据权利要求1～6任一项所述的复合电极的制作方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：范卫超，王俊明，孟垂舟，朱晓军，房金刚，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13