[发明专利]一种铝聚合物二次电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次铝-聚合物电池。更具体地，是涉及一种以离子液体为 电解液、聚合物为正极活性物质的可再充铝电池。属于电化学和化学电源产品的 技术领域。

背景技术

现代科学技术的发展、能源紧缺以及对环境保护的日益重视要求高能量密 度、价格低廉且资源丰富、使用安全，环境友好的可充电池。铝电池是能量密度 最高的电池之一，而且对环境没有污染，所用原料资源丰富、价格低廉、使用安 全，符合电池发展的方向。金属铝作为电池负极是一种高能量载体，理论比容量 为2980mAh/g，仅次于锂(3870mAh/g)；而其体积比容量为8050mAh/cm³，是 锂的4倍，高于其他所有金属材料，其氧化还原电位也非常低为-2.35V(vs SHE)， 是理想的电池负极材料。

以水溶液电解质为电解液的一次铝电池曾被广泛关注。铝-空气电池的理论 能量密度可达8100Wh/Kg，但实际能量密度只有350Wh/kg。这是因为铝电极在 水溶液电解质中会产生的很多问题：(1)铝合金与氧之间有很强的亲和力，在空 气和水溶液中，表面生成一层致密的钝化氧化膜，使铝在中性溶液中的电极电位 达不到应有的理论电极电位，铝的实际工作电位比理论值低很多，同时还造成放 电时的电压滞后现象。(2)铝为典型的两性金属，活泼性较高，易与酸、碱作用， 使氧化膜破坏，而氧化膜一旦被破坏就会迅速被腐蚀，使电极的利用率低，且湿 贮存性能差。(3)铝在碱性溶液中自腐蚀较大，容易与介质发生严重析氢反应， 降低了电极的利用率，影响电池的正常工作。(4)碱性介质中，铝阳极成流反应 和腐蚀反应产物均为胶状Al(OH)₃，不但降低电解质电导率而且增加铝阳极极化， 使得铝电池性能恶化。(5)需要热交换系统排除铝在碱性溶液中的溶解和腐蚀产 生的大量的热。

此外，由于铝的还原电位比氢负，不能在水溶液中电沉积铝。因此，使用水 溶液电解质的铝电池无法充电还原，只能是一次电池。

作为二次电池的正极材料，主链共轭的聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、 聚苯等导电聚合物曾受到广泛的研究和开发。导电聚合物被用作正极活性材料制 作正极以组装锂二次电池，利用阴离子的掺杂/脱掺杂过程实现储能。其中，聚 噻吩的理论比容量可达到280Ah/Kg，实际放电比容量约60-100Ah/Kg。聚噻吩 作为正极材料的缺点是比容量过低，传统的锂一聚噻吩可充电池曾经商品化，因 其能量密度太低，在锂离子电池上市后退出市场。

发明内容

为了克服现有电解铝电池存在的能量密度低、开路电位小且有的为一次电池 的缺点，本发明提供一种铝聚合物二次电池及其制备方法，为非水电解质二次铝 硫电池具有开路电压大、可反复充放电的优点。

本发明的技术方案为：一种铝聚合物二次电池，由正极、负极、电解液、隔 膜，正极由正极活性材料、导电剂、粘结剂、有机溶剂和用于导电的集流体构成，

负极：

负极采用金属铝或铝合金，铝合金选自铝和锂、钠、钾、镓、铟、铊、铁、 钴、镍、铜、锌、锰、锡、铅、镁、钙、铬、锗中的任一种或任几种，形态为的 粉、丝、网、片、箔、泡沫中的任一种，优选为泡沫铝；相比金属锂负极，既廉 价，材料来源广泛，又安全。通过化学活化处理铝或铝合金片，增大了负极的有 效反应面积，提高活性，同时不易产生枝晶，改性组合而成的二次铝电池容量高、 循环性能好。