一種二次鋁電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種正極含金屬導電纖維/硫復合活性材料的二次鋁電池。該電池正極中的此種材料是由硫負載于金屬纖維的中空管內壁及外壁上形成的。用這種正極制備的二次鋁電池導電性好，能量密度高。
【專利說明】一種二次鋁電池
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電化學和新能源產品領域，涉及一種含金屬纖維/硫活性材料的二次鋁電池。
【背景技術】
[0002]可再生能源并網、電動汽車及智能電網的發展迫切需要與之配套的高能量密度、安全環保的儲能體系，以鋁或鋁合金為負極，硫為正極的二次鋁硫電池體系則是符合這些需求的電池體系之一。金屬鋁是地殼中含量最多的金屬元素，其理論體積比容量為8050mAh/cm3，是鋰的4倍，是理想的負極材料；硫的理論體積比容量為3467mAh/cm3，價廉易得，是已知能量密度最高的正極材料之一。
[0003]但是，單質硫具有絕緣性，其電活性不能得到很好地利用，且放電過程中產生的多硫化物易溶解于電解液中造成活性物質流失，致使電池的自放電率高，循環壽命短，影響了其大規模應用。因此，通常人們考慮將單質硫和導電性物質相結合，從而改善正極的電化學性能。
【發明內容】
[0004](一)實用新型目的
[0005]本實用新型目的在于提供一種二次鋁電池。該二次鋁電池的正極包括集流體上的涂敷層，涂敷層包括由導電金屬纖維和硫復合而成的電活性材料、導電劑及粘結劑。金屬纖維為中空結構，具有大的比表面積和優良的吸附性能，可以負載大量的硫活性物質；金屬纖維本身優良的導電性能能夠為電活性物質硫提供良好的導電通道，提高鋁電池的循環性會K。
[0006](二)技術方案
[0007]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0008]一種二次鋁電池，包括正極、負極、隔膜及電解液，其特征在于，所述正極含有金屬纖維/硫復合活性材料還包括導電劑、粘結劑及集流體。
[0009]方案所述的正極活性物質中的金屬纖維為中空狀，管徑為5?25 μπι。
[0010]方案所述的正極活性物質中的金屬纖維為銅纖維、鎳纖維、鉻纖維、鋅纖維、鐵纖維、銀纖維中的一種。
[0011]方案所述的正極活性物質中的硫以納米形態負載于金屬中空纖維的內壁或外壁。
[0012]方案所述的導電劑包括但不限于石墨基材料、碳基材料和導電聚合物。
[0013]方案所述的粘合劑為水性粘合劑LA132 (成都茵地樂)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)、氟化橡膠和聚氨酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己內酰胺、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚丙烯酸，及其衍生物、混合物或共聚物。優選為水性粘合劑LA132 (成都茵地樂)。
[0014]方案所述的集流體包括但不限于不銹鋼、銅、鎳、鈦、鋁。更優選的是碳涂布的鋁集流體，更容易覆蓋包括正極活性物質的涂層，具有較低的接觸電阻，并且可抑制硫化物的腐蝕。
[0015]方案所述的含鋁負極活性材料，包括但不限于:鋁金屬，例如鋁箔和沉積在基材上的鋁；鋁合金，包括含有選自 L1、Na、K、Ca、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一種元素與Al的合金。
[0016]方案所述的非水含鋁電解液為有機鹽-鹵化鋁體系離子液體。
[0017]本實用新型所述的二次鋁電池的制備方法如下:將正極活性材料、導電劑、粘結劑(比例為7:2:1)制成活性材料楽涂于0.6mm厚的集流體上，烘干碾壓至0.33mm左右，裁成40mm寬X 15mm長的極片作為正極片，和0.16mm厚的隔膜以及負極卷繞成電芯裝入鍍镲鋼殼，再注入電解液，封口制成二次鋁電池。
[0018](三)有益效果
[0019]本實用新型提供一種新型二次鋁電池，與現有技術相比具有以下優勢:該鋁電池中正極中的活性材料由電活性物質硫和導電金屬中空纖維復合而成，金屬中空纖維的優良導電性能為含硫正極提供良好的導電通道；金屬纖維的中空結構可以減少多硫化物的溶解，抑制“穿梭效應”的發生，提高電池的循環性能。
[0020](四)
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型所述的復合正極極片結構切面結構示意圖。
[0022]圖2是本實用新型所述的二次鋁電池的結構示意圖。
[0023]其中，I一集流體，2—活性漿料，3—上蓋，4一絕緣墊，5—正極片，6—隔膜，7—負極片，8—外殼。
[0024](五)
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖和實施例對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
[0026]參見附圖1，本實施例中復合正極片結構圖包括集流體I及涂覆在上面的活性漿料涂層2。
[0027]參見附圖2，本實用新型還提供一種應用此復合正極的二次鋁電池。包括電池上蓋3、絕緣墊4、正極片5、隔膜6、負極片7及外殼8 ;其中正極片5、隔膜6及負極片7卷繞成鋁電池。
[0028]實施例1:
[0029](I)鎳中空纖維的制備:將聚丙烯腈纖維基體至于丙酮中超聲5min，再用物質的量之比為1:4的H2O2和H 2304對基體進行粗化2min，接著用去離子水清洗；將經過處理的基體置于0.5mol/L的NiSOjP HCl的混合溶液中，1min后取出，濾干，然后將其放入0.1mol/L的NaOH和KBH4混合液中進行活化，Imin后取出濾干；將經過活化的基體放入化學鍍液中進行電鍍，電鍍結束得Ni/纖維布復合纖維，將該復合纖維置于管式爐中在650°C條件下進行熱處理得中空氧化鎳管；最后將中空氧化鎳管置于微波等離子體中還原得中空鎳纖維管。
[0030](2)復合硫:將制備的鎳中空纖維和單質硫按質量比1:8放入聚四氟乙烯反應釜中接著持續通入氮氣30min排出反應器中的空氣；在流動氬氣氣氛下把鎳中空纖維和單質硫混合物加熱到250°C左右，保溫12h，使硫充分熔化并擴散到金屬中空纖維管中，自然冷卻，得到鎳中空纖維管/硫復合材料。
[0031](3)正極片制備:將正極活性材料、導電劑、粘結劑(比例為7:2:1)，制成活性漿料涂于0.6mm厚的集流體上，烘干碾壓至0.33mm裁成40mm寬X 15mm長的極片。
[0032]實施例2:
[0033](I)銅中空纖維的制備:將聚丙烯腈纖維基體至于丙酮中超聲5min，再用物質的量之比為1:4的H2O2和H 2304對基體進行粗化2min，接著用去離子水清洗；將經過處理的基體置于0.5mol/L的CuSOjP HCl的混合溶液中，1min后取出，濾干，然后將其放入0.1mol/L的NaOH和KBH4混合液中進行活化，Imin后取出濾干；將經過活化的基體放入化學鍍液中進行電鍍，電鍍結束得Cu/纖維布復合纖維，將該復合纖維置于管式爐中在650°C條件下進行熱處理得中空氧化銅管；最后將中空氧化銅管置于微波等離子體中還原得中空銅纖維。
[0034](2)復合硫的制備方法同實施例1。
[0035](3)正極片制備:同實施例1。
[0036]實施例3:
[0037](I)鎳中空纖維的制備同實施例1。
[0038](2)復合硫:配制10mL 0.5 g/mL Na2S2O3溶液，然后逐滴加入5mL質量分數10%的稀HC1，邊滴加邊攪拌，得到硫溶膠；向硫溶膠中加入5g鎳中空纖維，攪拌均勻，浸漬30min，干燥得鎳中空纖維/硫復合材料。
[0039](3)正極片的制備:同實施例1。
[0040]實施例4:
[0041]電池測試:把上述正極片、隔膜及負極片卷繞放入電池殼體中制成電池，對電池進行充放電循環測試，以IC充電至2.2V，0.5C放電，放電截止電壓為1.2V，測試結果如下所示:
[0042]I)實施例1材料所制電池，開路電壓1.82V，首次放電容量576mAh，循環50次后，
容量衰減率為45.2%。
[0043]實施例2材料所制電池，開路電壓1.85V，首次放電容量580mAh，循環50次后，容量衰減率為46.7%。
[0044]實施例3材料所制電池，開路電壓1.83V，首次放電容量578mAh，循環50次后，容量衰減率為46.2%。
[0045]盡管已經參照實施方案對本實用新型進行了詳細的描述，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求書及其等價物所述的本實用新型的構思和范圍的情況下，可以對其做出各種修改和替換。
【權利要求】
1.一種二次鋁電池，包括正極、負極、隔膜及電解液，其特征在于，所述正極含有金屬纖維/硫復合活性材料，還包括導電劑、粘結劑及集流體。
2.如權利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，金屬纖維為中空狀，管徑為5?25μ mo
3.如權利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，金屬纖維為銅纖維、鎳纖維、鉻纖維、鋅纖維、鐵纖維、銀纖維中的一種。
4.如權利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，硫以納米形態負載于金屬中空纖維的內壁或外壁。
【文檔編號】H01M4/134GK204156003SQ201420658617
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】趙宇光, 汪清 申請人:南京中儲新能源有限公司