专利名称：碳基嵌渗硫材料的制备和以此为正极活性材料的铝二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型二次铝电池的正极活性材料及其制备方法，以及使用这材料的二次铝电池。涉及电化学电池中使用的电极材料，更具体地说，本发明涉及一种制备"硫(s8)、硫基化合物或它们的混合物，所述硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，上述碳
硫化合物尤其是指碳基上嵌渗硫的化合物或组合体"的方法，以及使用该正极活性材料的新型二次铝电池及其该二次铝电池的制备方法。
背景技术：
随着人们对高能量密度电源的渴求，迫切需要廉价、安全、环保及高性能的二次电池的开发与应用。以铝及其合金为负极材料、具有硫-硫键的硫基化合物为正极的二次铝硫电池则是满足上述要求的电池之一。铝、硫材料安全、环保、价格低廉且资源丰富，
电池安全性好。金属铝理论能量密度高达2980mAh/g，仅次于金属锂(3862mAh/g)。其体积比容量为8050mAh/cm3，约为锂(2040raAh/cm3)的4倍，铝电极电位在中性及酸性介质中为-1.66V，在碱性介质中为-2.35V，元素硫也具有较大的理论能量密度(1670mAh/g)，都是理想的高能电池材料。
以单质硫(S8)为正极活性材料的还原氧化反应是一个多步电子得失过程，这种还原氧化反应具有一定的电化学可逆性，为单质硫用作二次电池电极活性物质提供了理论基础。
从早期的高温Na/S电池到Li/S0Cl2锂无机电解质原电池，再到Li/S有机非水电解质二次锂电池，人们对硫作为电池活性物质经历了一个探索、认识和发展的历史过程。单质硫能用作电极活性物质是由其结构和电化学特征决定的，放电时(电化学还原)，硫硫键断裂，硫的氧化数降低；再充电时(电化学氧化)，硫硫键形成，硫的氧化数升高。通过这种氧化还原反应，硫基化合物中的硫可以储存和产生能量。这种硫也常称作"活化硫"。
室温下热力学最稳定的硫分子(S8)是由八个S原子相连组成的冠状的，硫分子之间的结合形成结晶性很好的单质硫。单质硫在室温下没有硫离子状态的存在，是典型的电子和离子绝缘体，因此用作电极活性物质时硫活化非常困难。虽然单质硫在一定条件下如高温时也可以活化，但这种条件是在大于35(TC高温下硫才被活化并起反应，这种状态的应用前景并不乐观。首先，硫是电子、离子绝缘体，电子和离子在电极上的传递非常困难，室温电化学反应动力学速度很慢，这就需要提高阴极的电子离子传递能力；其次，还原过程产生的多聚硫化物中间体易溶于有W^溶剂中，活性物质损失导致硫利用率降低，这就需要使多聚硫化物能保持在阴极中；第三，反应产生的硫化物会沉积在阴极上，由于它电子绝缘， 一方面阻碍电荷的传输，另一方面又改变了电极/电解质的界面状况，这就需要改变硫化物在电极中的分布。这些问题最终导致在二次电池中硫活性物质利用率低、容量衰减迅速。
现有的碳硫材料，有的只是在单质硫中加入导电剂碳类材料，它只是一种碳硫的物理混和物，虽然增加了材料的导电性能，对硫的可逆反应没有任何影响；
还有的碳硫包覆材料，也只是在氩气排空常压条件下，通过静态加热以实现碳硫的吸附。但由于在管式炉里没有压力，几近敞开，硫加热气化以后很大一部分随氩气排出，损失很多， 一是包覆量少、包覆效率低；二是硫只吸附在在表面，可逆性能差。
在单质硫中添加碳类导电剂，只是增加了电极的导电性，对硫的可逆反应没有任何帮助；用管式炉在常压静态下包覆硫，包覆效率低，硫损失大；也没有形成碳硫间化物，经过反应生成可溶性多硫化物，溶解于离子电解液中，生成不可逆反应的无序硫；在常压静态下包覆无搅拌，包覆不均匀，底部碳还易结块。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于二次铝电池的正极活性材料，该活性物质可以改善正极的电化学可逆性，减少正极容量损失。
本发明的另一目的是提供用于二次铝电池的正极活性材料组合物，其通过增加正极活性材料在其中的相对量而赋予正极高容量。
本发明的再一目的是提供一种包括用于二次铝电池的正极活性材料的制备方法。
本发明还提供一种包括上述正极活性材料的二次铝电池正极的制造方法。
本发明的进一步目的是提供一种包括上述正极的二次铝电池。
本发明针对硫的形态很多，单质硫在室温条件下是离子和电子的绝缘体、硫和多硫化物基本上不导电，而且放电产物为可溶性多硫化物、它会溶解于离子电解液中，生成不可逆反应的无序硫、造成电池容量的快速损减等问题，在硫正极材料的结构上和制备方法上进行了研究。碳基嵌渗硫材料的制备使硫作为铝二次电池正极材料成为可能。
本发明是通过下述技术方案加以实现的
正极活性材料的制备方法，所述的正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，其特征在于该方法有以下步骤取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳
6中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=0. 5 3: 1 5的重量比或C:S=10 60g:20 100g的重量比，加酒精球磨混合1-10小时，取出后放入真空干燥箱内85 95'C烘8 12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气1小时，关闭排气阀待压力升至0. 01 0. 5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90 30(TC时，保持0.5 10h，再升温到320 800°C，保持l 10h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物60 90重量％，粘结剂5 20重量％，导电剂5 20重量％，制成正极活性材料桨料。
如以上所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于上述正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物为碳基嵌渗硫，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫60 90重量％，粘结剂5 20重量％，导电剂5 20重量％，制成正极活性材料浆料。
如以上所述的碳基嵌渗硫正极活性材料的制备方法，其特征在于该方法有以下步
骤取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、
活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=1: 3重量比或C:S:20g:60g的重量比，加酒精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9(TC烘10小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气半小时，关闭排气阀待压力升至0. 1兆帕后关闭进气阔，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到20(TC时，保持2h，再升温到45(TC，保持3h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫70重量％，粘结剂10重量％，导电剂20重量％，制成正极活性材料浆料。
一种铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于，正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物60 90重量％,粘结剂5 20重量％,导电剂5 20重量％，上述的粘结剂是聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的一种，上述的导电剂是乙炔黑、导电石墨中的一种或两者的混合物。
如以上所述的铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于，所述的硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物为碳基嵌渗硫，正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫60-90重量％，粘结剂5-20重量％，导电剂5-20重量％。如以上所述的铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二 次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于， 正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫70重量％，粘结剂10重量％，导电剂20
重量％。
铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤
1) 制备硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物包括 有机硫和碳硫化合物，取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，
当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=0.5 3: 1 5的重 量比或C:S^0 60g:20 100g的重量比，加酒精球磨混合1 10小时，取出后放入真 空干燥箱内85 95。C烘8 12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末 后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气1小时，关闭排气阀待压力升至 0.01 0.5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90 300°C 时，保持0.5 10h，再升温到320 80(TC，保持1 10h，停止加温，随炉冷却后出炉， 研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(Ss)、 硫基化合物或它们的混合物60-90重量％，导电剂5 20%，粘合剂5 20%，制成正 极活性材料浆料；
2) 将上述制成的正极活性材料桨料，涂在0. 10-0.20mm厚的泡沫镍基体上，烘干 碾压至0. 4-0. 8mra裁成30-50國宽X 140-160醒长的极片，禾tl 0. 10-0. 2(km厚的玻璃纤 维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊 装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳中的任一种壳中，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝 二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
如以上所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤 1)制备上述硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物 包括有机硫和碳硫化合物，上述的正极活性材料为碳基嵌渗硫正极活性材料，制备该碳
基嵌渗硫正极活性材料取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混
合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=0.5 3: 1 5 的重量比或C:S^0 60g:20 100g的重量比，加酒精球磨混合1-10小时，取出后放入 真空干燥箱内85 95。C烘8 12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉 末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气0.5-1.5小时，关闭排气阀待压力 升至0. 01 0. 5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90 300 。C时，保持O. 5 10h，再升温到320 80(TC，保持1 10h，停止加温，随炉冷却后出 炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材^1"组合物的成分和含量按重量%计为200910170193.4
碳基嵌渗硫正极活性材料60 90%，导电剂5 20%，粘合剂5 20%，制成正极活 性材料浆料；
2)将上述制成的正极活性材料浆料，涂在0. 10-0.20,厚的泡沫镍基体上，烘干 碾压至0. 4-0. 8mm裁成30-50誦宽X 140-160鹏长的极片，和0. 10-0. 20mm厚的玻璃纤 维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊 装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳中的任一种壳中，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝 二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
如以上所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤 1)制备上述硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物 包括有机硫和碳硫化合物，上述的正极活性材料为碳基嵌渗硫正极活性材料，制备该碳
基嵌渗硫正极活性材料取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混
合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=1: 3的重量比 或C:S:20g'.60g的重量比，加酒精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9CTC烘 IO小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和 排气阀通氩气挤排空气半小时，关闭排气阀待压力升至O. l兆帕后关闭进气阀，电阻炉 开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到20(TC时，保持2h，再升温到450'C,保持3h，停 止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物的成
分和含量按重量％计为碳基嵌渗硫正极活性材料70%,导电剂20%，粘合剂10%， 制成正极活性材料浆料；
2)将上述制成的正极活性材料浆料，涂在O. 16mm厚的泡沫镍基体上，烘干碾压至 0、 6mm裁成40mm宽X150國长的极片，和0. 16ram厚的玻璃纤维非织隔膜以及用铝粉或 铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊装入镀镍钢壳、不锈钢壳 或铝壳，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
如以上所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于上述的正极活性材料为碳基嵌 渗硫正极活性材料，制备碳基嵌渗硫正极活性材料时，使用二元碳基，活性碳及单质硫 粉末与石墨一起混和，具体比例为活性炭单质硫石墨以重量计=0.5 0.8: 5: 0.2 0.5;使放电克容量升高，其中活性炭单质硫石墨以重量计=0.8:5: 0.2优选；使放 电克容量升高。
应当指出的是上述碳基嵌渗硫是指通过加热、加压以及快速翻滚搅拌，使得气态
和液态硫嵌入和渗进碳材料的微孔内，从而实现硫被包覆的一种工艺。
本发明包括的一种二次铝电池正极的制造方法是将上述正极活性材料、导电剂和粘 结剂混合在有机溶剂中以制备正极活性材料组合物。然后将此组合物涂布在集流体上形成正极活性材料涂层。
正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物。硫基化合物包括有机硫和 碳硫化合物，优选为碳基嵌渗硫。
导电剂包括碳基、石墨基导电材料及导电聚合物，如活性炭、碳黑、乙炔碳黑、超 级碳黑S叩er-P、石墨、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等。导电材料可以单独使用 或两种或更多上述导电材料的组合使用。
粘结剂包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯垸酮、聚乙烯醚、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚 苯乙烯，以及它们的衍生物、混合物和共聚物。
有机溶剂包括乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、水和异丙醇。
集流体包括不锈钢、碳、铜、铝、镍的导电材料。可以是金属的泡沫、网、箔、片 等形态及碳纤维布中的l种。
本发明中的正极活性材料为一种碳基嵌渗硫材料，是通过一种"碳基嵌渗硫"工艺 制造的。"碳基嵌渗硫"是指通过一种碳硫高压嵌渗装置(此为一正在申请中的实用新 型专利)，将置于其中的碳硫混合物加热、加压以及快速翻滚搅拌，使炉内的碳硫材料 更均匀地复合，使得气态硫和熔融硫嵌入和渗进碳材料的微孔内，从而实现硫被碳深度 内包覆，提高硫正极活性材料的可逆性和比容量的一种工艺。
由以上工艺制造的碳基嵌渗硫材料可以解决硫的导电性问题，又使硫的可逆性能得 到了很大的提高，提高了硫的利用率和电化学效率。
负极材料为铝及其合金。铝合金为铝和锂、钠、钾、镓、铟、铊、铁、钴、镍、铜、 锌、锰、锡、铅、镁、钙、铬、锗等中的一种或几种。铝或铝合金的形态可以为超微、 超细或纳米粉、丝、网、片、箔、泡沫等中的l种。
电解液包括含铝或不含铝离子液体，如卤化铝同季铵盐、季辚盐、季銃盐所形成的 卤铝酸离子液体。优选为室温氯铝酸离子液体。
本发明的碳基嵌渗硫材料的制备和以此为正极活性材料的铝二次电池及铝二次电 池的制备方法与已有技术相比较有以下有益效果
1. 本发明的碳基嵌渗硫材料制备的整个过程是在真空或密闭的条件下进行的，因 此整个过程无污染，具有很好的环保效益；
2. 铝、硫资源极其丰富，电池正极材料的制备过程简单，制备工艺简单，制备成 本低，因此，具有很好的经济效益；
3. 本发明材料具有能量密度高，以此制备的铝二次电池能量密度高，循环性能好， 因此，资源可以得到反复使用；
104.由这种工艺制造的碳基嵌渗硫材料既解决了硫的导电性问题，又使硫的可逆性能 得到了很大的提高，制备方法也提高了硫的利用率和电化学效率，因此，本发明的产 品可以作为动力电池和储能电池广泛地用于电动自行车、电动汽车、紧急电源、电站调 峰、太阳能和风能等新能源的储能系统，具有很广阔的发展前景。
具体实施例方式
下面将结合具体实施例，对本发明作进一步的描述。 实施例1
取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按C:S=1: 3或20g:60g重量比，加酒 精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9(TC烘10小时；在高压嵌渗罐里加入上 述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阔通氩气挤排空气半小时； 关闭排气阀待压力升至0.1兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热。当炉温 升到200。C时，保持2h;再升温到45(TC，保持3h;停止加温，随炉冷却后出炉，研磨
过筛，加入导电剂和粘合剂，以重量计其比例为7: 2: 1，制成正极活性材料浆料，涂
在0. 16mm厚的泡沫镍基体上，烘干碾压至0. 6 裁成40面宽X150腿长的极片，和 0. 16咖厚的玻璃纤维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成 的负极巻绕成电蕊装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳，再加入有机电解质，封口制成圆柱 二次铝电池或AA型圆柱二次铝电池。 实施例2
按与实施例l相同的方法制备，只是将活性碳和硫的重量比例调整为1: 4;增加了硫的 高压嵌渗量，提高了正极的比容量。 实施例3
按与实施例l相同的方法制备，只是将碳基和硫的重量比例调整为1: 5;增加了硫 的嵌渗量,提高了正极的比容量
实施例4
按与实施例l相同的方法制备，只是使用的是二元碳基，即活性碳及单质硫粉末与
石墨一起混和，具体比例以重量计为活性碳单质硫粉末石墨=0.5: 5: 0.5。 实施例5
按与实施例l相同的方法制备，只是使用的是二元碳基，即在活性碳及单质硫粉末 与石墨一起混和，具体比例以重量计为活性碳单质硫粉末石墨=0.8: 5: 0.2。 对比实施例6
取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按C: S=l: 3或20g:60g重量比，加酒
11精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9(TC烘IO小时；存放在钳锅里，置于管 式炉里，通氩气挤排空气半小时；然后开始200。C时保持2h; 450。C保持3h;停止加温， 随炉冷却后出炉，其它步骤与实施例l相同。 硫的嵌渗量与电性能见下表
碳硫比 硫的嵌渗量 放电克容量 放电平台 备注
实施例l 61.94% 323. lmAh/g 1.62V
实施例2 69.52% 359.6mAh/g 1.59V
实施例3 80.68% 417.5mAh/g 1.58V
实施例4 75.47% 341.3mAh/g 1.68V
实施例5 76.30% 364.9mAh/g 1.66V
对比实施例6 40. 13% 208.5raAh/g 1.54V
从表中可以看出
随着碳硫比例的调整，硫的嵌渗量呈上升趋势； 随碳硫比例的调整，硫的嵌渗量上升，放电克容量也都有上升； 二元碳基嵌渗硫的放电平台要比对比实施例6高出0. 12V，要比单元嵌渗硫高出 0. 08V;
实施例1与对比实施例6相比较时，可以看出当其他条件相同时高压产生了好 的效果，使硫的嵌渗量提高了，放电克容量也提高了。
权利要求
1.正极活性材料的制备方法，所述的正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，其特征在于该方法有以下步骤取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C∶S＝0.5～3∶1～5的重量比或C∶S＝10～60g∶20～100g的重量比，加酒精球磨混合1-10小时，取出后放入真空干燥箱内85～95℃烘8～12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气1小时，关闭排气阀待压力升至0.01～0.5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90～300℃时，保持0.5～10h，再升温到320～800℃，保持1～10h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该包括有机硫和碳硫化合物的硫基化合物的含量为60～90重量％，粘结剂5～20重量％，导电剂5～20重量％，制成正极活性材料浆料。
2. 如权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于上述正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，包括有机硫和碳硫化合物的硫基化合物为碳基嵌渗硫，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫60 90重量％，粘结剂5 20重量％，导电剂5 20重量％，制成正极活性材料浆料。
3.如权利要求2所述的碳基嵌渗硫正极活性材料的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C: S=l: 3重量比或C: S=20g: 60g的重量比，加酒精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9(TC烘10小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气半小时，关闭排气阀待压力升至O. l兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到20(TC时，保持2h，再升温到45(TC，保持3h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫70重量％，粘结剂10重量％，导电剂20重量％，制成正极活性材料浆料。
4. 一种铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于，正极活性材料包括硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物60 90重量％，粘结剂5 20重量％，导电剂5 20重量％，上述的粘结剂是聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的一种，上述的导电剂是乙炔黑、导电石墨中的一种或两者的混合物。
5. 如权利要求4所述的铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于，所述的硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物为碳基嵌渗硫，正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫60-90重量％，粘结剂5-20重量％，导电剂5-20重量%。
6. 如权利要求5所述的铝二次电池，包括由正极极板、负极极板及电解液、隔膜构成的铝二次电池，所述负极材料为铝及其合金；所述电解液为含铝离子的离子液体，其特征在于，正极极板的成分及重量百分含量为碳基嵌渗硫70重量％，粘结剂10重量％，导电剂20重量％。
7. 铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤1) 制备硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=0.5 3: 1 5的重量比或C:S=10 60g:20 100g的重量比，加酒精球磨混合1 10小时，取出后放入真空干燥箱内85 95'C烘8 12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气1小时，关闭排气阀待压力升至0.01 0. 5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90 30(TC时，保持0.5 10h，再升温到320 800。C，保持1 10h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物成分及重量百分含量为硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物60-90重量°/。，导电剂5 20重量％，粘合剂5 20重量％，制成正极活性材料浆料；2) 将上述制成的正极活性材料浆料，涂在0. 10-0. 20mm厚的泡沫镍基体上，烘干碾压至0. 4-0. 8mm裁成30-50,宽X 140-160誦长的极片，和0. 10-0. 20mm厚的玻璃纤维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳中的任一种壳中，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
8. 如权利要求7所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤1)制备上述硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，上述的正极活性材料为碳基嵌渗硫正极活性材料，制备该碳基嵌渗硫正极活性材料取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=0.5 3: 1 5的重量比或C:S-10 60g:20 100g的重量比，加酒精球磨混合1-10小时，取出后放入真空干燥箱内S5 95'C烘8 12小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气0.5-1.5小时，关闭排气阀待压力升至0. 01 0. 5兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到90 300。C时，保持0.5 10h，再升温到320 800°C，保持l 10h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物的成分和含量按重量%计为碳基嵌渗硫正极活性材料60 90%，导电剂5 20%，粘合剂5 20%，制成正极活性材料桨料；2)将上述制成的正极活性材料浆料，涂在0. 10-0. 20mra厚的泡沫镍基体上，烘干碾压至0. 4-0. 8咖裁成30-50咖宽X 140-160腿长的极片，和0. 10-0. 20mm厚的玻璃纤维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳中的任一种壳中，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
9. 如权利要求8所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于该方法有以下步骤1)制备上述硫(S8)、硫基化合物或它们的混合物的正极活性材料，该硫基化合物包括有机硫和碳硫化合物，上述的正极活性材料为碳基嵌渗硫正极活性材料，制备该碳基嵌渗硫正极活性材料取碳、石墨、活性碳中的一种或两种和单质硫粉末按重量比混合，当取碳、石墨、活性碳中的一种和单质硫粉末按重量比混合时，C:S=1: 3的重量比或C:S=20g:60g的重量比，加酒精球磨混合2小时，取出后放入真空干燥箱内9CTC烘IO小时，在高压嵌渗罐里加入上述混合烘干后的碳和硫粉末后密封，打开压力罐进气和排气阀通氩气挤排空气半小时，关闭排气阀待压力升至0.1兆帕后关闭进气阀，电阻炉开始对高压嵌渗罐加热，当炉温升到20(TC时，保持2h，再升温到45(TC，保持3h，停止加温，随炉冷却后出炉，研磨过筛，加入导电剂和粘合剂，正极活性材料组合物的成分和含量按重量%计为碳基嵌渗硫正极活性材料70%，导电剂20%，粘合剂10%，制成正极活性材料浆料；2)将上述制成的正极活性材料浆料，涂在O. 16mm厚的泡沫镍基体上，烘干碾压至0、 6mm裁成40mm宽X150mra长的极片，和0. 16mm厚的玻璃纤维非织隔膜以及用铝粉或铝箔、铝合金中一种作为负极活性材料制成的负极巻绕成电蕊装入镀镍钢壳、不锈钢壳或铝壳，再加入有机电解质，封口制成圆柱铝二次电池或AA型圆柱铝二次电池。
10. 如权利要求7所述的铝二次电池的制备方法，其特征在于上述的正极活性材料为碳基嵌渗硫正极活性材料，制备碳基嵌渗硫正极活性材料时，使用二元碳基，活性碳及单质硫粉末与石墨一起混和，具体比例以重量计为活性炭单质硫石墨=0. 5 0. 8:5: 0.2 0.5;使放电克容量升高，其中活性炭单质硫石墨以重量计=0.8:5: 0.2为优选；使放电克容量升高。
全文摘要
本发明公开了一种用于可充电二次铝电池的正极活性材料的制备方法、用该正极活性材料的二次电池及该二次电池的制备方法。旨在提供一种电池正极材料的制备过程简单、成本低、无污染、循环性好的高能二次铝电池及其制备方法。该正极活性材料是采用一种高温高压嵌渗工艺，使一种包括硫(S<sub>8</sub>)或硫基化合物的碳硫混合物中的硫，在温度为90-300℃，320-800℃和压力为0.01～0.5兆帕下嵌渗入碳基的表面和微孔内形成的。二次铝电池由包括这种正极活性材料的正极，铝负极及铝电解质体系组成。本发明的产品可以作为动力电池和储能电池广泛地用于电动自行车、电动汽车、紧急电源、电站调峰、太阳能和风能等新能源的储能系统，具有很广阔的发展前景。
文档编号H01M4/04GK101645500SQ20091017019
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者焦德华, 赵宇光 申请人:无锡欧力达新能源电力科技有限公司