一种碳硫复合正极及二次铝硫电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型二次铝硫电池，包括电化学活性含硫正极、含铝活性材料的负极和非水电解质。该正极活性材料使用碳/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满足通式1，其中，X为氨基、羟基、烷氧基、酯基、氨酰基、胺醛基、烷基等供电子基团。通式1
【专利说明】—种碳硫复合正极及二次铝硫电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及以一种以“碳/硫化苯并杂环化合物复合材料”为正极活性材料的二次铝硫电池，属电化学与新能源产品领域。
【背景技术】
[0002]与现有电极材料相比，地壳储量最多的金属元素铝具有理论密度大、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(3682mAh/g),体积比容量为8050mAh/cm3，约为锂(2040Ah/cm3)的4倍，且化学活泼性相对稳定，是理想的负极材料；元素硫也具有较大的理论能量密度(1670 mAh/g)，是已知能量密度最大的正极材料。因此，二次铝硫电池从各方面来说都是一种价格低廉、能量密度高、使用安全的理想电池。
[0003]二次铝硫电池基于铝和硫之间的电化学反应，放电过程中，硫-硫键断裂，产生的小分子硫化物溶于电解液，迁移到铝负极，它们可在那形成不溶解的产物，使负极钝化。这种高溶解度还导致有效电极质量损失，造成电池的自放电，增加电解液粘度，影响活性物质的的分布状态。多次循环后造成容量迅速衰减，使电池循环性能很快下降。同时多硫化阴离子可影响到电池的效率。因此，对于铝硫电池正极材料的研究，一方面要提高其电导率，来提高正极活性物质的利用率；另一方面要保持正极材料结构的稳定性，抑制容量的不可逆损失，以提高电池的循环性能。
【发明内容】
[0004](一)发明目的
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型的价格低廉、能量密度高、使用安全的二次铝电池。
[0005]本发明的目的还在于提供一种以“碳/硫化苯并杂环化合物复合材料”为正极活性材料的二次铝硫电池，该二次铝硫电池可有效降低硫溶解，改善电池循环性能。
[0006]本发明中的术语“二次铝电池”包括例如“铝二次电池”、“可充电铝电池”、“铝蓄电池”、“铝储能电池”以及类似的概念。
[0007](二)技术方案
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)包含电化学活性含硫物质的正极；(b)含铝活性材料的负极；和(C)非水电解液。
[0008]下面是本发明电化学电池优选的负极、正极、电解液的描述。
[0009]正极
本发明的电池的正极包括含有电化学活性含硫物质的正极活性物质、导电剂、粘结剂和集流体。其中，术语“电化学活性含硫物质”在这里指包含含硫元素的正极活性物质，其中，电化学活性涉及硫-硫共价键的断裂或形成。
[0010]方案所述的电化学活性含硫物质为碳/硫化苯并杂环化合物复合材料，硫化苯并杂环化合物的通式为:
【权利要求】
1.一种二次铝电池，它包括: (a)包含电化学活性含硫物质的正极；其中，所述电化学活性含硫物质为碳/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的通式为:
其中，X官能团为氨基、羟基、烷氧基、酯基、氨酰基、胺醛基、烷基等供电子基团。
3.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，所述碳/硫化苯并杂环化合物复合材料中使用的碳材料，可选用介孔碳、石墨烯、碳纳米管、石墨、活性炭。
4.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，所述碳/硫化苯并杂环化合物复合材料中，碳与硫化苯并杂环化合物的质量比为1:1~10。
5.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，所述含铝负极包括:铝金属或铝合金。
6.如权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于，所述非水电解液包含卤铝酸型离子液体。
7.如权利要求6所述的二次铝电池，其特征在于，所述卤铝酸型离子液体为离子液体-卤化铝体系，所述离子液体-卤化铝的摩尔比为1: 1.1~3.0。
8.如权利要求7所述的二次铝电池，其特征在于，所述离子液体的阳离子包括咪唑鎗离子，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；阴离子包括 Cl-，Br-，1-，PF6-，BF4-，CN-，SCN-，[N(CF3S02) 2]-，[N(CN) 2]-等离子。
9.如权利要求7所述的二次铝电池，其特征在于，所述卤化铝为氯化铝、溴化铝或碘化铝中的一种。
10.一种碳/硫化苯并杂环化合物复合材料的制备方法:碳材料与硫化苯并杂环化合物按质量比1:1~10混合均匀后，惰性条件下80°C加热6h，冷却后即得碳/硫化苯并杂环化合物复合材料。
【文档编号】H01M4/60GK104078680SQ201410223624
【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, 骆建洲 申请人:南京中储新能源有限公司