[发明专利]一种石墨烯二次铝电池及其正极复合材料的制备方法

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，涉及一种新型的铝硫二次电池。更具体的说，是涉及一种硫化苯并杂环化合物/石墨烯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

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。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。如果能够将单质硫均匀的分散在正极复合材料中，使多硫离子能够稳定的保持在材料内部而不迁移出，同时改善复合物正极材料的导电性，将会使铝硫电池进入商业化。 

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。 

自从石墨烯问世以来，就受到极大的关注，它具有极强的导电性，将其掺杂加入到电池正极，不仅可以提高电池导电性，而且本身可以作为导电剂，从而能够减少非活性物质的含量，增加电池的容量。 

发明内容

（一）发明目的 

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/石墨烯复合材料为正极材料，制备新型的铝二次电池。石墨烯具有极佳的导电性，能够改善电子在电极上的传递速率，同时石墨烯可作为正极浆料中的导电剂，减少了正极中非活性物质的含量，从而增加了电池的容量。硫化苯并杂环化合物含有双苯并杂环结构，能够与石墨烯形成共轭结构，一定程度上减少了充放电过程中硫的流失。 

本发明的目的在于提供一种硫化苯并杂环化合物/石墨烯复合材料的制备方法，以及以此为正极活性材料的铝二次电池。 

本发明中的术语“二次铝电池”包括例如“铝二次电池”、“二次铝硫电池”、“可充电铝电池”、“铝蓄电池”、“铝储能电池”以及类似的概念。 

（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) 含石墨烯活性材料的复合正极； 

(b) 含铝活性材料的负极；

(c) 电解液为酸性卤铝酸离子液体。

下面是本发明电化学电池优选的正极、负极、电解液的描述。 

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、粘结剂和集流体。 

方案所述正极的活性材料为硫化苯并杂环化合物/石墨烯复合材料，其中硫化苯并杂环化合物为含有如下结构式中任一种作为特征结构的化合物： 

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，并且可抑制硫化物的腐蚀。 

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。铝和铝合金的形态可为超微、超细或纳米粉沫、丝、网、片、箔、泡沫中的一种或几种。 

电解液 

方案所述的酸性卤铝酸离子液体，为有机盐与卤化铝形成的离子液体，其中有机盐与卤化铝的摩尔比为1:1.1～3.0。