一種碳硫復(fù)合正極及二次鋁硫電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型二次鋁硫電池，包括電化學(xué)活性含硫正極、含鋁活性材料的負(fù)極和非水電解質(zhì)。該正極活性材料使用碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料，其中所述硫化苯并雜環(huán)化合物滿足通式1，其中，X為氨基、羥基、烷氧基、酯基、氨?；?、胺醛基、烷基等供電子基團(tuán)。通式1
【專利說明】—種碳硫復(fù)合正極及二次鋁硫電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以一種以“碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料”為正極活性材料的二次鋁硫電池，屬電化學(xué)與新能源產(chǎn)品領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]與現(xiàn)有電極材料相比，地殼儲量最多的金屬元素鋁具有理論密度大、資源豐富、價(jià)格低廉、對環(huán)境友好、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。金屬鋁理論能量密度高達(dá)2980mAh/g，僅次于金屬鋰(3682mAh/g),體積比容量為8050mAh/cm3，約為鋰(2040Ah/cm3)的4倍，且化學(xué)活潑性相對穩(wěn)定，是理想的負(fù)極材料；元素硫也具有較大的理論能量密度(1670 mAh/g)，是已知能量密度最大的正極材料。因此，二次鋁硫電池從各方面來說都是一種價(jià)格低廉、能量密度高、使用安全的理想電池。
[0003]二次鋁硫電池基于鋁和硫之間的電化學(xué)反應(yīng)，放電過程中，硫-硫鍵斷裂，產(chǎn)生的小分子硫化物溶于電解液，遷移到鋁負(fù)極，它們可在那形成不溶解的產(chǎn)物，使負(fù)極鈍化。這種高溶解度還導(dǎo)致有效電極質(zhì)量損失，造成電池的自放電，增加電解液粘度，影響活性物質(zhì)的的分布狀態(tài)。多次循環(huán)后造成容量迅速衰減，使電池循環(huán)性能很快下降。同時(shí)多硫化陰離子可影響到電池的效率。因此，對于鋁硫電池正極材料的研究，一方面要提高其電導(dǎo)率，來提高正極活性物質(zhì)的利用率；另一方面要保持正極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，抑制容量的不可逆損失，以提高電池的循環(huán)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)發(fā)明目的
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的價(jià)格低廉、能量密度高、使用安全的二次鋁電池。
[0005]本發(fā)明的目的還在于提供一種以“碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料”為正極活性材料的二次鋁硫電池，該二次鋁硫電池可有效降低硫溶解，改善電池循環(huán)性能。
[0006]本發(fā)明中的術(shù)語“二次鋁電池”包括例如“鋁二次電池”、“可充電鋁電池”、“鋁蓄電池”、“鋁儲能電池”以及類似的概念。
[0007](二)技術(shù)方案
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的提供了一種二次鋁電池，包括:(a)包含電化學(xué)活性含硫物質(zhì)的正極；(b)含鋁活性材料的負(fù)極；和(C)非水電解液。
[0008]下面是本發(fā)明電化學(xué)電池優(yōu)選的負(fù)極、正極、電解液的描述。
[0009]正極
本發(fā)明的電池的正極包括含有電化學(xué)活性含硫物質(zhì)的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體。其中，術(shù)語“電化學(xué)活性含硫物質(zhì)”在這里指包含含硫元素的正極活性物質(zhì)，其中，電化學(xué)活性涉及硫-硫共價(jià)鍵的斷裂或形成。
[0010]方案所述的電化學(xué)活性含硫物質(zhì)為碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料，硫化苯并雜環(huán)化合物的通式為:

【權(quán)利要求】
1.一種二次鋁電池，它包括: (a)包含電化學(xué)活性含硫物質(zhì)的正極；其中，所述電化學(xué)活性含硫物質(zhì)為碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料； (b)含鋁活性材料的負(fù)極；和 (C)非水電解液。
2.如權(quán)利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，所述硫化苯并雜環(huán)化合物的通式為:
其中，X官能團(tuán)為氨基、羥基、烷氧基、酯基、氨?；?、胺醛基、烷基等供電子基團(tuán)。
3.如權(quán)利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，所述碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料中使用的碳材料，可選用介孔碳、石墨烯、碳納米管、石墨、活性炭。
4.如權(quán)利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，所述碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料中，碳與硫化苯并雜環(huán)化合物的質(zhì)量比為1:1~10。
5.如權(quán)利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，所述含鋁負(fù)極包括:鋁金屬或鋁合金。
6.如權(quán)利要求1所述的二次鋁電池，其特征在于，所述非水電解液包含鹵鋁酸型離子液體。
7.如權(quán)利要求6所述的二次鋁電池，其特征在于，所述鹵鋁酸型離子液體為離子液體-鹵化鋁體系，所述離子液體-鹵化鋁的摩爾比為1: 1.1~3.0。
8.如權(quán)利要求7所述的二次鋁電池，其特征在于，所述離子液體的陽離子包括咪唑鎗離子，吡啶鎗離子，吡咯鎗離子，哌啶鎗離子，嗎啉鎗離子，季銨鹽離子，季鱗鹽離子和叔銃鹽離子；陰離子包括 Cl-，Br-，1-，PF6-，BF4-，CN-，SCN-，[N(CF3S02) 2]-，[N(CN) 2]-等離子。
9.如權(quán)利要求7所述的二次鋁電池，其特征在于，所述鹵化鋁為氯化鋁、溴化鋁或碘化鋁中的一種。
10.一種碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料的制備方法:碳材料與硫化苯并雜環(huán)化合物按質(zhì)量比1:1~10混合均勻后，惰性條件下80°C加熱6h，冷卻后即得碳/硫化苯并雜環(huán)化合物復(fù)合材料。
【文檔編號】H01M4/60GK104078680SQ201410223624
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】趙宇光, 駱建洲 申請人:南京中儲新能源有限公司