一体化铝二次电池制造技术

一体化铝二次电池，包括由沸石基材料制成的电极和固体电解质。本发明专利技术的铝二次电池具有良好的充放电比容量和循环可逆性且具有成本低和易于组装等优点。低和易于组装等优点。

【技术实现步骤摘要】
一体化铝二次电池


[0001]本专利技术总体涉及铝二次电池。

技术介绍

[0002]近年来，温室气体排放与化石能源的不断消耗使得新能源的开发引起了广泛关注。因此，寻找和发展新的可再生能源是缓解温室效应、减轻对化石能源依赖的关键。新型二次电池作为一种高效的储能装置成为当前的研究热点。为了满足日益增长的能源需求，必须开发新型的高性能电池系统。从可持续发展战略的角度出发，发展低成本、高安全性、长循环寿命、高能量密度的二次电池势在必行。
[0003]铝二次电池是最具前景的低成本、高性能的电池技术之一。铝资源丰富，是目前地壳中最丰富的金属元素，具有较低的成本。此外，铝具有较高的标准还原电位，其化学反应可实现3个电子转移，因此具有超高的质量比容量与体积比容量。目前，铝电池已成功开发并应用于汽车、无人潜水器和鱼雷动力系统等领域。然而，目前关于铝二次电池的研发仍处于初步阶段，开发具有高比容量、高稳定性的电极材料仍是研究中的关键问题。此外，电解质也是影响铝二次电池的关键因素，常用的有机电解质存在安全隐患。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有优良性能的低成本铝二次电池。
[0005]根据本专利技术的铝二次电池，包括由沸石基材料制成的电极，所述沸石基材料具有化学通式：(M2M
’
O)
x
(SiO2)
y
(Al2O3)
z
n(H2O)，其中M、M
′
分别选自K
+
、Na
+
、Ca
2+
以及Ba
2+
。
[0006]根据本专利技术的铝二次电池，还优选包括由所述沸石基材料制成的固体电解质。由于电极与固体电解质使用了同一沸石材料，因此这种一体化铝二次电池具有良好的充放电比容量和循环可逆性，以及较高的离子电导性和电化学稳定性。
[0007]通常作为分子筛材料的沸石材料为一类具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，因吸附能力高、选择性强且耐高温，其可以作为优良的吸附剂、除水剂等而被广泛用于有机化工和石油化工领域。在铝二次电池领域沸石分子筛则常被用于电解液前处理。本专利技术首次将成本低廉的沸石材料兼作铝二次电池电极材料和固体电解质使用，从而得到了新型的一体化铝二次电池。
[0008]根据本专利技术的铝二次电池，所述沸石基材料的硅铝比优选为1～45，更优选为1～20。
[0009]根据本专利技术的铝二次电池，所述沸石基材料的离子电导率优选为10
‑7～10
‑4S/cm，更优选为10
‑6～10
‑5S/cm。
[0010]根据本专利技术的铝二次电池，所述沸石基材料的孔径优选为0.1～10nm，更优选为0.2～7nm。
[0011]根据本专利技术的铝二次电池，所述沸石基材料可以为选自A型、X型、Y型、P型以及ZSM型沸石分子筛中的至少一种。其中，A型分子筛优选为4A型：Na2O
·
Al2O3·
2SiO2·
4.5H2O或
5A型：3/4CaO
·
1/4Na2O
·
Al2O3·
2SiO2·
9/2H2O；X型分子筛优选为13X型：Na2O
·
Al2O3·
2.8SiO2·
6H2O或10X型：0.8CaO
·
0.2Na2O
·
Al2O3·
2.45SiO2·
6.0H2O；Y型分子筛优选为Na
‑
Y型：Na
56
[(AlO2)
56
(SiO2)
136
]·
250H2O；P型沸石分子筛优选为Na
‑
P型：4.8Na2O
·
Al2O3·
9SiO2·
95.7H2O；ZSM系列沸石分子筛优选为ZSM
‑
3型：Na
1.88
Al2Si
2.77
O
9.48
，或ZSM
‑
5型：Na
n
[Al
n
Si
96
‑
n
O
192
]16(H2O),n<27。
[0012]根据本专利技术，所述铝二次电池可以是全电池，也可以是指半电池。本专利技术的电极片的制备可以将商购沸石材料与导电剂混合后压片以提高其电子导电性。固体电解质片的制备将商购沸石材料压片即可。本专利技术的铝二次电池因此无需粘结剂和隔膜等非活性材料，从而可以进一步提高电池的重量能量密度。
[0013]总之，本专利技术的一体化铝二次电池具有如下优势：
[0014](1)沸石电极材料具有三维孔道结构，其高比表面积可以增加电极/电解液之间的有效接触面积，其优异的离子交换性能有利于铝离子扩散。
[0015](2)沸石固体电解质材料具有丰富的离子传输通道和较高的离子导电性，以及较低的电子导电性。另外，材料的空气稳定性和电化学稳定性强。
[0016](3)与其他电极材料和固体电解质材料相比，沸石材料具有成本低、储量丰富等优点，可以大大降低电池的成本，极具商业实用化前景。
[0017](4)本专利技术的一体化铝二次电池无需粘结剂，也无需复杂的电池装配工艺，通过将电极材料与固体电解质材料简单压制成型即可得到。另外，无需惰性气氛保护，在空气中即可完成电池组装。
附图说明
[0018]图1为根据本专利技术实施例1制得的沸石电极片的光学照片图；
[0019]图2为根据本专利技术实施例3制得的沸石电极材料的孔径分布图。
具体实施方式
[0020]以下将结合实施例、对比例和附图，对本专利技术进行详细说明。应当理解的是，这些内容仅用于说明和解释而非限制本专利技术。
[0021]以下实施例和对比例中，各种型号的沸石分子筛均商购自阿法埃莎(中国)化学试剂公司(Alfa Aesar)。采用Agilent ICPOES730进行ICP测试材料的硅铝比；采用电化学工作站进行离子电导率测试，表征材料的结构形态；采用ASAP 2020HD88型超高性能全自动气体吸附仪测试材料的孔径分布；采用LAND CT2001A测试仪测试电池的电化学性能。
[0022]实施例l：基于4A型沸石分子筛制备铝二次电池
[0023]1)将0.9g 4A沸石粉末与0.1g导电剂混合，通过压片机压制成3A沸石电极片S1
‑
1，其光学照片如图1所示。
[0024]2)将1g 4A沸石粉末通过压片机压制成4A沸石固体电解质片S1
‑
2。
[0025]3)将上述电极片和固体电解质片压制成型，得到4A型铝二次电池S1。
[0026]实施例2：基于5A型沸石分子筛制备铝二次电池
[0027]1)将0.9g 5A沸石粉末与0.1g导电剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝二次电池，包括：由沸石基材料制成的电极，所述沸石基材料具有化学通式：(M2M
’
O)
x
(SiO2)
y
(Al2O3)
z
n(H2O)，其中M、M
′
分别选自K
+
、Na
+
、Ca
2+
以及Ba
2+
。2.根据权利要求1所述的铝二次电池，还包括由所述沸石...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锋，吴川，李莹，白莹，李雨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：