[发明专利]一种碳纳米管醌正极及以此为正极材料的二次铝电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学和新能源产品的技术领域，涉及一种新型的二次铝电池。更具体的说，是涉及一种碳纳米管/醌复合材料的制备方法，以及以此复合材料为正极活性物质的二次铝电池。

背景技术

规模化高效储能技术是解决太阳能和风能等新能源发电的随机性和间歇性，改善新能源发电质量，推进新能源普及应用的迫切需要但又急待解决的关键核心技术。新能源产业的飞速发展，对储能电池性能提出了越来越高的指标要求。而现有锂离子电池虽因其具有优良的电化学性能而得到广泛应用，但在能量密度和功率密度及安全性等方面的提升空间有限，资源有限、价格高，已成为其发展的瓶颈。为此，迫切需要发展基于新构思、新材料和新技术的、性能更加优良的蓄电技术。

相对于单电子体系的锂，3电子体系的铝具有提供更高能量密度的潜能。铝是地壳储量最多的金属元素，具有能量高、资源丰富、价格低廉、对环境友好、使用安全等优点。金属铝理论能量密度高达2980mAh/g，仅次于金属锂（3682m Ah/g），体积比容量为8050mAh/cm3，约为锂（2040Ah/cm3）的4倍，是目前所有电池金属电极材料中最高的，作为负极材料有其他金属材料无可比拟的优势。 铝二次电池正极材料的研究较少，目前主要集中于导电聚合物正极材料和一些过渡金属氧化物正极材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明将碳纳米管和醌类化合物物质进行复合作为正极活性材料制备了二次铝电池，在保证了导电性和比容量的前提下，电池的循环性仍能得到较大提升。

（一）发明目的

本发明的目的在于提供一种醌类化合物及其衍生物和碳纳米管的复合材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种以此复合材料为正极活性物质的二次铝电池。

这种铝二次电池制备简单，环保无污染。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种二次铝电池，包括正极、负极和电解质，其特征在于：

(a)   含碳纳米管/醌类化合物复合材料的正极，其中，所述醌类化合物为醌及其衍生物；

(b)   含铝负极；

(c)   非水电解液。

下面是本发明电化学电池优选的负极、正极、电解液的描述。

正极

本发明的电池的正极包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和集流体。

方案所述的正极活性物质为碳纳米管/醌类化合物复合材料。

方案中所述的醌类化合物为醌及其衍生物，为下列结构式中的任一种：

其中R=H，含氧基团（羟基等），氨基，吡啶基等。

醌类化合物及其衍生物是一类具有电化学氧化还原活性的有机物，如果作为正极活性材料，却不会有硫正极存在的容量损失问题，但因其本身结构的原因造成其导电性能较差。而碳纳米管则具有良好的导电性能，利用碳骨架可以实现复合材料体相内的电子传输。其高比表面积强烈的吸附作用力可以实现对活性物质的固定, 有效地提高了活性物质的电化学利用率。

方案中所述的正极活性材料为碳纳米管/醌类化合物复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：将碳纳米管和醌类化合物有机物以一定的质量比混合，加入到球磨机中，以250r/min的转速球磨5小时，再将球磨后的产物收集备用。

方案所述的导电剂包括但不限于石墨基材料、碳基材料和导电聚合物。石墨基材料包括导电石墨KS6，碳基材料包括Super P、Ketjen黑、乙炔黑或炭黑。导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔，或它们的混合物。

方案所述的粘合剂为聚乙烯醇 (PVA)、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚苯乙烯丁二烯共聚物（SBR）、氟化橡胶和聚氨酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丙烯酸，及其衍生物、混合物或共聚物。

集流体包括但不限于不锈钢、铜、镍、钛、铝。更优选的是碳涂布的铝集流体，更容易覆盖包括正极活性物质的涂层，具有较低的接触电阻。

方案所述的二次铝电池还可包括位于正极和负极之间的隔膜。合适的固体多孔隔膜材料包括但不限于：聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、玻璃纤维滤纸和陶瓷材料。

负极

方案所述的含铝负极活性材料,包括但不限于：铝金属，例如铝箔和沉积在基材上的铝; 铝合金,包括含有选自Li、Na、K、Ca、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一种元素与Al的合金。