一种硫基化合物碳纳米管复合正极及二次铝电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种二次铝硫电池，包括：非水含铝电解液，含铝活性材料的负极和含硫活性材料的正极。其特征在于，所述正极的活性材料为活化碳纳米管/硫化苯并杂环化合物复合材料，其中，所述硫化苯并杂环化合物为含有如下结构式中的任一种。
【专利说明】一种硫基化合物碳纳米管复合正极及二次铝电池
【技术领域】
[0001]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，是涉及一种硫化苯并杂环化合物/碳纳米管复合材料的制备方法，以及以此为正极活性材料制备的二次铝电池
【背景技术】
[0002]伴随着更小、更轻和更高性能的电子和通信设备的迅速发展，对这些设备用的电池性能提出了越来越高的要求。但是。目前商品化的锂离子电池比能量已经很难继续提高，迫切需要开发更高比能量的电池。金属铝的理论比容量仅次于锂，但其体积比容量是锂的四倍，高于其他任何金属材料，且硫因其高的能量密度，已被证实是理想的电池正极材料。因此铝硫电池的研发迫在眉睫。
[0003]铝硫电池为未来高容量二次电池提供了一个很大的希望，但也同时面临很大的挑战。铝硫电池目前主要的问题还是多硫离子溶解迁移导致的循环性能差。目前铝电池所用正极材料，单质硫和有机多硫化合物在充放电过程中，产生的小分子硫化物容易流失，且物质的导电性不高。硫化聚合物虽解决了导电性问题，但聚合物的制备过程复杂，且产率很低，限制了大规模的推广。。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的问题，本发明采用硫化苯并杂环化合物/碳纳米管复合材料为正极材料，制备新型的二次铝电池。硫化苯并杂环化合物含有双苯并杂环结构，与碳纳米管复合后，能够形成共轭结构，减少了充放电过程中硫的流失。此外，硫化苯并杂环化合物的制备方法简便，产率高。
[0005](一)发明目的本发明的目的在于提供一种硫化苯并杂环化合物/碳纳米管复合材料的制备方法。
[0006]本发明的目的还在于提供一种以硫化苯并杂环化合物/碳纳米管复合材料为正极活性材料的二次铝电池。
[0007](二)技术方案
硫化苯并杂环化合物最大优点在于其结构中的S-S键上的两个S皆与杂环相连。电池充放电过程中，起到储能作用的S-S键断开和复合仅发生在分子内部，不产生其他能被电解液溶解的含S小分子，可有效地阻止了硫溶解，降低了正极容量损失。
[0008]碳纳米管上碳原子的P电子能够形成大范围的离域π键，而硫化苯并杂环化合物含有双苯并杂环结构，两种物质由于强烈的共轭效应，紧紧的结合在一起，形成具有良好电子导电性的三维多孔网状结构的复合材料。硫与碳纳米管壁紧密的接触，保证了充放电过程中良好的电子传输，有效地提高了硫的电化学利用率。纳米孔道和三维多孔网状结构对中间产物产生强烈的吸附作用，可有效地固定硫及其中间产物，提高硫的电化学利用率，有效提高硫的循环稳定性，从而改善电池循环性能。而活化后的碳纳米管具有比活化前碳纳米管更高的有效比表面积，可使得电池的比容量得到较大的提高。
[0009]为了实现上述目的，本发明的提供了一种二次铝电池，包括:
(a)非水含铝电解液；
(b)含铝活性材料的负极，和 (C)含硫活性材料的正极。
[0010]下面是本发明电化学电池优选的正极、负极、电解液的描述。
[0011]正极
本发明的电池的正极包括含有含硫活性材料的正极活性材料、导电剂、粘结剂和集流体。
[0012]方案所述正极的活性材料为硫化苯并杂环化合物/碳纳米管复合材料，其中硫化苯并杂环化合物为含有如下结构式中的任一种:
【权利要求】
1.一种二次铝电池，包括: (a)含硫活性材料的正极，其特征在于，所述正极的活性材料为活化碳纳米管/硫化苯并杂环化合物复合材料； (b)含铝活性材料的负极，和 (C)非水含铝电解液。
2.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于:所述硫化苯并杂环化合物为含有如下结构式中的任一种:
3.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于: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；招合金，包括含有选自L1、Na、K、Ca、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一种元素与Al的合金；铝和铝合金的形态可为超微、超细或纳米粉沫、丝、网、片、箔、泡沫中的I种或几种。
4.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于:所述非水电解液包括离子液体和卤化铝，离子液体包括有机阳离子和卤素阴离子。
5.如权利要求4所述的非水电解液，其特征在于:所述有机阳离子为咪唑鎗离子，吡啶鎗离子，吡咯鎗离子，哌啶鎗离子，吗啉鎗离子，季铵盐离子，季鱗盐离子和叔銃盐离子等中任一种；包括但不限于氯化铝-三乙胺盐酸盐、氯化铝-氯化1- 丁基-3-甲基咪唑、氯化铝-苯基三甲基氯化铵、溴化铝-溴化1-乙基-3-甲基咪唑等离子液体。
6.如权利要求4所述的非水电解液，其特征在于:所述卤化铝为氯化铝、溴化铝和碘化铝中的一种。
7.如权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述离子液体与卤化铝的摩尔比为1:1.1 ~3.0。
8.一种作为权利要求1所述二次铝电池正极活性材料的活化碳纳米管/硫化苯并杂环化合物复合材料的制备方法，包括: (a)碳纳米管活化； (b)将硫化苯并杂环化合物，按比例溶于有机溶剂中； (C)将活化后的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中； (d)将有机溶剂放入反应器，再将反应器置于恒温水浴，开动搅拌； (e)调节溶液pH值至7，滴加溶剂与过氧化氢的混合物。
9.如权利要求8所述的活化碳纳米管/硫化苯并杂环化合物复合材料的制备方法，其特征在于:所述碳纳米管活化的步骤，包括:将碳纳米管浸入到浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中；超声反应2小时。
10.如权利要求8所述的活化碳纳米管/硫化苯并杂环化合物复合材料的制备方法，其特征在于，硫化苯并杂环化合物为含有如下结构式中的任一种:
【文档编号】H01M4/137GK104078654SQ201410221475
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】赵宇光, 陈安良 申请人:南京中储新能源有限公司