一种二次铝电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种正极含金属导电纤维/硫复合活性材料的二次铝电池。该电池正极中的此种材料是由硫负载于金属纤维的中空管内壁及外壁上形成的。用这种正极制备的二次铝电池导电性好，能量密度高。
【专利说明】一种二次铝电池
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电化学和新能源产品领域，涉及一种含金属纤维/硫活性材料的二次铝电池。
【背景技术】
[0002]可再生能源并网、电动汽车及智能电网的发展迫切需要与之配套的高能量密度、安全环保的储能体系，以铝或铝合金为负极，硫为正极的二次铝硫电池体系则是符合这些需求的电池体系之一。金属铝是地壳中含量最多的金属元素，其理论体积比容量为8050mAh/cm3，是锂的4倍，是理想的负极材料；硫的理论体积比容量为3467mAh/cm3，价廉易得，是已知能量密度最高的正极材料之一。
[0003]但是，单质硫具有绝缘性，其电活性不能得到很好地利用，且放电过程中产生的多硫化物易溶解于电解液中造成活性物质流失，致使电池的自放电率高，循环寿命短，影响了其大规模应用。因此，通常人们考虑将单质硫和导电性物质相结合，从而改善正极的电化学性能。
【发明内容】
[0004](一)实用新型目的
[0005]本实用新型目的在于提供一种二次铝电池。该二次铝电池的正极包括集流体上的涂敷层，涂敷层包括由导电金属纤维和硫复合而成的电活性材料、导电剂及粘结剂。金属纤维为中空结构，具有大的比表面积和优良的吸附性能，可以负载大量的硫活性物质；金属纤维本身优良的导电性能能够为电活性物质硫提供良好的导电通道，提高铝电池的循环性會K。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0008]一种二次铝电池，包括正极、负极、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极含有金属纤维/硫复合活性材料还包括导电剂、粘结剂及集流体。
[0009]方案所述的正极活性物质中的金属纤维为中空状，管径为5?25 μπι。
[0010]方案所述的正极活性物质中的金属纤维为铜纤维、镍纤维、铬纤维、锌纤维、铁纤维、银纤维中的一种。
[0011]方案所述的正极活性物质中的硫以纳米形态负载于金属中空纤维的内壁或外壁。
[0012]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。
[0013]方案所述的粘合剂为水性粘合剂LA132 (成都茵地乐)、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。优选为水性粘合剂LA132 (成都茵地乐)。
[0014]方案所述的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，并且可抑制硫化物的腐蚀。
[0015]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 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。
[0016]方案所述的非水含铝电解液为有机盐-卤化铝体系离子液体。
[0017]本实用新型所述的二次铝电池的制备方法如下:将正极活性材料、导电剂、粘结剂(比例为7:2:1)制成活性材料楽涂于0.6mm厚的集流体上，烘干碾压至0.33mm左右，裁成40mm宽X 15mm长的极片作为正极片，和0.16mm厚的隔膜以及负极卷绕成电芯装入镀镲钢壳，再注入电解液，封口制成二次铝电池。
[0018](三)有益效果
[0019]本实用新型提供一种新型二次铝电池，与现有技术相比具有以下优势:该铝电池中正极中的活性材料由电活性物质硫和导电金属中空纤维复合而成，金属中空纤维的优良导电性能为含硫正极提供良好的导电通道；金属纤维的中空结构可以减少多硫化物的溶解，抑制“穿梭效应”的发生，提高电池的循环性能。
[0020](四)
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型所述的复合正极极片结构切面结构示意图。
[0022]图2是本实用新型所述的二次铝电池的结构示意图。
[0023]其中，I一集流体，2—活性浆料，3—上盖，4一绝缘垫，5—正极片，6—隔膜，7—负极片，8—外壳。
[0024](五)
【具体实施方式】
[0025]以下将结合附图和实施例对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
[0026]参见附图1，本实施例中复合正极片结构图包括集流体I及涂覆在上面的活性浆料涂层2。
[0027]参见附图2，本实用新型还提供一种应用此复合正极的二次铝电池。包括电池上盖3、绝缘垫4、正极片5、隔膜6、负极片7及外壳8 ;其中正极片5、隔膜6及负极片7卷绕成铝电池。
[0028]实施例1:
[0029](I)镍中空纤维的制备:将聚丙烯腈纤维基体至于丙酮中超声5min，再用物质的量之比为1:4的H2O2和H 2304对基体进行粗化2min，接着用去离子水清洗；将经过处理的基体置于0.5mol/L的NiSOjP HCl的混合溶液中，1min后取出，滤干，然后将其放入0.1mol/L的NaOH和KBH4混合液中进行活化，Imin后取出滤干；将经过活化的基体放入化学镀液中进行电镀，电镀结束得Ni/纤维布复合纤维，将该复合纤维置于管式炉中在650°C条件下进行热处理得中空氧化镍管；最后将中空氧化镍管置于微波等离子体中还原得中空镍纤维管。
[0030](2)复合硫:将制备的镍中空纤维和单质硫按质量比1:8放入聚四氟乙烯反应釜中接着持续通入氮气30min排出反应器中的空气；在流动氩气气氛下把镍中空纤维和单质硫混合物加热到250°C左右，保温12h，使硫充分熔化并扩散到金属中空纤维管中，自然冷却，得到镍中空纤维管/硫复合材料。
[0031](3)正极片制备:将正极活性材料、导电剂、粘结剂(比例为7:2:1)，制成活性浆料涂于0.6mm厚的集流体上，烘干碾压至0.33mm裁成40mm宽X 15mm长的极片。
[0032]实施例2:
[0033](I)铜中空纤维的制备:将聚丙烯腈纤维基体至于丙酮中超声5min，再用物质的量之比为1:4的H2O2和H 2304对基体进行粗化2min，接着用去离子水清洗；将经过处理的基体置于0.5mol/L的CuSOjP HCl的混合溶液中，1min后取出，滤干，然后将其放入0.1mol/L的NaOH和KBH4混合液中进行活化，Imin后取出滤干；将经过活化的基体放入化学镀液中进行电镀，电镀结束得Cu/纤维布复合纤维，将该复合纤维置于管式炉中在650°C条件下进行热处理得中空氧化铜管；最后将中空氧化铜管置于微波等离子体中还原得中空铜纤维。
[0034](2)复合硫的制备方法同实施例1。
[0035](3)正极片制备:同实施例1。
[0036]实施例3:
[0037](I)镍中空纤维的制备同实施例1。
[0038](2)复合硫:配制10mL 0.5 g/mL Na2S2O3溶液，然后逐滴加入5mL质量分数10%的稀HC1，边滴加边搅拌，得到硫溶胶；向硫溶胶中加入5g镍中空纤维，搅拌均匀，浸渍30min，干燥得镍中空纤维/硫复合材料。
[0039](3)正极片的制备:同实施例1。
[0040]实施例4:
[0041]电池测试:把上述正极片、隔膜及负极片卷绕放入电池壳体中制成电池，对电池进行充放电循环测试，以IC充电至2.2V，0.5C放电，放电截止电压为1.2V，测试结果如下所示:
[0042]I)实施例1材料所制电池，开路电压1.82V，首次放电容量576mAh，循环50次后，
容量衰减率为45.2%。
[0043]实施例2材料所制电池，开路电压1.85V，首次放电容量580mAh，循环50次后，容量衰减率为46.7%。
[0044]实施例3材料所制电池，开路电压1.83V，首次放电容量578mAh，循环50次后，容量衰减率为46.2%。
[0045]尽管已经参照实施方案对本实用新型进行了详细的描述，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书及其等价物所述的本实用新型的构思和范围的情况下，可以对其做出各种修改和替换。
【权利要求】
1.一种二次铝电池，包括正极、负极、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极含有金属纤维/硫复合活性材料，还包括导电剂、粘结剂及集流体。
2.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，金属纤维为中空状，管径为5?25μ mo
3.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，金属纤维为铜纤维、镍纤维、铬纤维、锌纤维、铁纤维、银纤维中的一种。
4.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，硫以纳米形态负载于金属中空纤维的内壁或外壁。
【文档编号】H01M4/134GK204156003SQ201420658617
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】赵宇光, 汪清 申请人:南京中储新能源有限公司