[发明专利]一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济突飞猛进，能源危机和环境污染日益加剧。电池系统作为一种能源储存装置，极大地引起了人们的研究兴趣。常见的电池系统有：锂离子电池，Ni-MH电池和铅离子电池，其中锂离子电池因其具有循环时间长，高倍率性能等优点，因而广泛应用于许多领域，例如移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途，然而巨大的市场需求又造成了锂资源的短缺。同时当前大部分电池系统采用有机物作为电解液，以有机物为电解液的电池系统不可避免都会用到毒性强、易燃易爆的有机物作为溶剂，如果出现充电过度和短路等不当操作都会给使用者带来危险和伤害。关于有机型锂离子电池事故的报道屡见不鲜，并且大部分都是火灾和爆炸事故。因而开始用无毒、易得的水溶液替代有机物作为电池系统的电解介质，但是水系电池的电容、充电速率以及循环稳定性都不如有机相锂离子电池，远远不能满足实际应用的需求，很难吸引投资者的目光，使其产生强烈的兴趣和投资愿望。

为了解决锂资源短缺和水系电池系统电性能较差的问题，寻找新型水系电池系统势在必行。由于在电化学充放电反应中铝氧化还原电对涉及到三个电子传递过程，与单个电子转移的锂离子电池相比，铝离子电池具有更大的储存容量。故水系可充电铝离子电池是潜在的可持续能源储存装置。众所周知，电极材料的纳米结构对其能量储存性能有很大的影响，不同的纳米结构储存能量的能力也不同。研究显示：在锂离子电池系统中黑色锐钛矿型二氧化钛是一种优异的高倍率电极材料，以含有具有电子传导能力Ti³⁺离子的黑色锐钛矿型二氧化钛作为铝离子电池的电极材料具有较好的应用价值和前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法，旨在解决目前锂资源短缺和水系电池系统电性能较差的问题。

必要技术方案：

本发明是这样实现的，一种水系铝离子电池阳极材料，该材料由二氧化钛纳米树叶组成，二氧化钛纳米树叶的化学组成为TiO_1.976(NH)_0.024，平均长度为50nm，宽度为10nm，比表面积为314.2m²／g。

进一步，二氧化钛纳米树叶含有许多纳米孔，为Al³⁺的储存提供足够的空间。

进一步，二氧化钛纳米树叶具有较大的表面积，提供了足够的电极／电解质界面，利于Al³⁺吸附，同时促进电荷转移反应的进行。

进一步，二氧化钛纳米树叶中含有具有导电性的Ti³⁺，增加了电子电导率；TiO₂纳米树叶晶型良好，结构稳定。

本发明是这样实现的，一种水系铝离子电池阳极材料的制备方法，该方法的步骤包括：

步骤一、在诱导剂Brij-30的诱导下，用TALH水溶液作为前驱体；

步骤二、通过液相等离子体方法合成黑色锐钛矿型TiO₂；

步骤三、将制备出的二氧化钛纳米树叶作为水系铝离子电池阳极材料，对其进行电化学性能测试。

进一步，在步骤二中的液相等离子体方法的具体实现过程是，将诱导剂Brij-30和TALH水溶液混匀后的溶液转移到等离子体装置中，进行等离子处理一定时间；反应后将样品分离出来，分别用双蒸水和无水乙醇洗涤。

进一步，在步骤三中进行的电化学性能测试可以是二氧化钛纳米树叶电极的充／放电曲线和循环伏安曲线。