微溶于水的特點。先將硫溶于乙醇,再將硫的乙醇溶液滴入水中,邊滴邊攪拌,可以得到硫溶膠,干燥后得到膠體硫。膠體硫有市售。
[0033]本發明中聚硫化鋁鋰電池的制備方法,具體包括以下步驟:
[0034]步驟A:正極材料的制備
[0035]將硫酸銅溶于水中配制成濃度為0.5?3wt %的硫酸銅溶液;取20毫升硫酸銅溶液導入培養皿,將孔徑為0.1?I毫米的泡沫鎳片(長寬厚:30X20X5mm)的固體浸沒于硫酸銅溶液后,升溫至40?80°C,進行置換反應I?2小時;因Ni的溶出,溶液顏色由反應前的藍色變成綠色,再冷卻至室溫;將硼氫化鈉溶于濃度為5wt%的氫氧化鈉溶液中,配制成硼氫化鈉濃度為5wt%的堿性硼氫化鈉溶液;取15毫升堿性硼氫化鈉溶液加入培養皿,硼氫化鈉將此前溶液中的Ni離子還原成金屬鎳再沉積到固體樣品上;待到溶液顏色消失,表明溶液中的鎳離子都已被還原成金屬鎳;將固體樣品取出,洗凈、烘干后置于馬弗爐,在氮氣氛保護下300°C下煅燒5小時,得到正極材料泡。
[0036]步驟B:負極制備
[0037]在氬氣氛保護下,在lOKg/cm2的壓力下將金屬鋰片壓到銅膜上,形成長寬厚為30x20x1mm的負極;將壓合后的金屬片在200°C置于高純氫(純度99.999% )的氣氛中處理I?3小時得到具備氫化鋰層保護的負極。
[0038]步驟C:Li+型全氟磺酸樹脂隔膜制備
[0039]將市販的Naf1n膜浸沒于1wt %的L1H溶液中,80°C下處理I小時后,用去離子水漂洗至水呈中性,晾干后得到Li+型全氟磺酸樹脂隔膜。
[0040]步驟D:聚硫化鋁鋰電池陰極液制備
[0041]將四氫鋁鋰溶于THF,加入膠體硫,1^么1!14與S的摩爾比為1: 2,置于反應釜中,攪拌反應I小時,進一步加入膠體硫使1^八1!14與S的摩爾比達到1: 8摩爾,攪拌反應5小時,蒸干溶劑THF,得到聚硫化鋁鋰(LiAlS8)。
[0042]將聚硫化鋁鋰溶于電解液得到陰極液,一升電解液中所含聚硫化鋁鋰的量為50?500go電解液以Li [CF3SO2) 2N] (LiTFSI)為溶質,二氧戊環(C3H6O2)和乙二醇甲醚(C4HltlO2)的混合物為溶劑,二氧戊環和乙二醇甲醚的體積比為1: 1,每升電解液中含一摩爾(263g) Li [CF3SO2) 2N]。
[0043]如圖1所示,利用制得的正負極和隔膜制備的正極活物質為液體的聚硫化鋁鋰電池,使用隔膜1-1將連接有負極端子1-5的負極1-3和連接有正極端子1-6的正極材料(泡沫鎳)1-4隔開;裝入1-2電池外殼。所述隔膜1-1為Li+型全氟磺酸樹脂隔膜,用于隔開負極1-3和正極材料(泡沫鎳)1-4。正極材料(泡沫鎳)1-4由步驟A制得,負極1-3由步驟B制得。負極1-3的氫化鋰保護層朝向隔膜1-1。
[0044]聚硫化鋁鋰電池的陰極液是指電解液中溶有聚硫化鋁鋰形成的溶液,一升電解液中所含聚硫化鋁鋰的量為50?500g,聚硫化鋁鋰電池的容量取決于陰極液中聚硫化鋁鋰的含量。電解液以Li [CF3SO2)2N] (LiTFSI)為溶質,二氧戊環(C3H6O2)和乙二醇甲醚(C4HltlO2)的混合物為溶劑,二氧戊環和乙二醇甲醚的體積比為1: 1,一升電解液中含一摩爾(263g)Li [CF3SO2) 2N];
[0045]對上述正極活物質為液體的聚硫化鋁鋰電池放電過程中,在負極的金屬鋰被電化學氧化,形成鋰離子,電子通過負極端子1-5流向外電路,鋰離子穿過負極1-3上的氫化鋰層和隔膜1-1進入陰極液,聚硫化鋁離子(A1S8_)被逐步電化學還原形成聚硫鋁離子(AlSn ),最終形成一■硫化銷鈕和硫化鈕:
[0046]LiAlS8+14Li+= LiALS 2+7Li2S+14e
[0047]硫化鋰沉積在泡沫鎳表面。由于Li+-Naf1n只允許陽離子(鋰離子)傳導,阻礙陰離子(聚硫鋁離子:AlSn_)傳導,并且鋰負極上的氫化鋰也能避免AlSn_與金屬鋰接觸,防止了電池容量的循環衰退。充電過程中,硫化鋰逐步脫鋰并與二硫化鋁鋰生成聚硫鋁離子,同時鋰離子穿過Li+-Naf1n隔膜和負極上的氫化鋰層,被電化學還原,形成金屬鋰。
[0048]金屬鋰具有很高的理論比容量(3830mAh g—1),LiAlSj^比容量也高達1294mAhg'遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量(275mAh g—1),因此,由LiAlSjP金屬鋰分別作為正極和負極的活物質可得到高能量密度的聚硫化鋁鋰電池。
[0049]下面的實施例可以使本專業的專業技術人員更全面地理解本發明,但不以任何方式限制本發明。
[0050]實施例一:膠體硫制備
[0051 ] 將硫磺(5g)溶于無水乙醇(10mL),再將硫的乙醇溶液滴入水中(10mL),邊滴邊攪拌,可以得到硫溶膠,真空干燥后得到膠體硫。
[0052]實施例二:聚硫化鋁鋰制備
[0053]將四氫鋁鋰溶于THF,加入膠體硫,1^么1!14與S的摩爾比為1: 2,置于反應釜中,20°C下攪拌反應I小時,進一步加入膠體硫使1^八1!14與S的摩爾比達到1: 8摩爾,攪拌反應5小時,蒸干溶劑THF,得到聚硫化鋁鋰(LiAlS8)。
[0054]實施例三:聚硫化鋁鋰陰極液制備
[0055]將四氫鋁鋰溶于THF,加入膠體硫,1^么1!14與S的摩爾比為1: 2,置于反應釜中,30°C下攪拌反應I小時,進一步加入膠體硫使1^八1!14與S的摩爾比達到1: 8摩爾,攪拌反應5小時,蒸干溶劑THF,得到聚硫化鋁鋰(LiAlS8)。將聚硫化鋁鋰(Ig)溶于電解液(20mL)得到陰極液,電解液以Li [CF3SO2)2N] (LiTFSI)為溶質,二氧戊環(C3H6O2)和乙二醇甲醚(C4HltlO2)的混合物為溶劑,二氧戊環和乙二醇甲醚的體積比為1: 1,每升電解液中含一摩爾(263g) Li [CF3SO2) 2N]。
[0056]實施例四:負極制備
[0057]在氬氣氛保護下,在lOKg/cm2的壓力下將金屬鋰片壓到銅膜上,形成長寬厚為30X20X4mm的負極;將金屬片在200°C置于高純氫(純度99.999% )的氣氛中處理I小時得到具備氫化鋰層保護的負極。
[0058]實施例五:正極材料的制備
[0059]將硫酸銅溶于水中配制成濃度為0.5wt %的硫酸銅溶液;取20毫升硫酸銅溶液導入培養皿,將孔徑為0.1?I毫米的泡沫鎳片(長寬厚:30X20X5mm)的固體浸沒于硫酸銅溶液后,升溫至80°C,進行置換反應I小時;因附的溶出,溶液顏色由反應前的藍色變成綠色,再冷卻至室溫;將硼氫化鈉溶于濃度為5wt%的氫氧化鈉溶液中,配制成硼氫化鈉濃度為5wt%的堿性硼氫化鈉溶液;取15毫升堿性硼氫化鈉溶液加入培養皿,硼氫化鈉將此前溶液中的Ni離子還原成金屬鎳再沉積到固體樣品上;待到溶液顏色消失,表明溶液中的鎳離子都已被還原成金屬鎳;將固體樣品取出,洗凈、烘干后置于馬弗爐,在氮氣氛保護下300 0C下煅燒5小時,得到正極材料。
[0060]實施例六:Li+型全氟磺酸樹脂隔膜的制備
[0061]將市販的Naf1n 117膜浸沒于1wt%的L1H溶液中,80°C下處理I小時后,用去離子水漂洗至水呈中性,晾干后得到Li+型全氟磺酸樹脂隔膜。
[0062]實施例七:正極活物質為液體的聚硫化鋁鋰電池構成
[0063]將硫酸銅溶于水中配制成濃度為2wt %的硫酸銅溶液;取20毫升硫酸銅溶液導入培養皿,將孔徑為0.1?I毫米的泡沫鎳片(長寬厚:30X20X5mm)的固體浸沒于硫酸銅溶液后,升溫至601,進行置換反應1.5小時;因附的溶出,溶液顏色由