[发明专利]一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，用于新能源车动力电池，具体是一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构及制备方法。

背景技术

当前，先进能源存储装置面临广泛的需要以及更高的性能要求。传统的常规电池目前存在的技术上限制和安全隐患，使其不能满足人们的需求并限制了其进一步发展。2015年Nature杂志报道的超快充铝离子电池快充（可1分钟充放电）、长寿命（7500次）、大功率特性和安全性吸引了世界上众多的研究者的目光，它的众多优异性能非常值得对其进行持续的实用性开发，目前其不足之处则是其纯碳正极的比容量还不够大，导致电池的比能量还不够高（130Wh/kg左右），不能满足当前动力电池的使用要求。若按现有技术来进一步提高电池的比能量，则会出现负极活性强，易发热，价格较高的问题。

发明内容

本发明提供一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构及制备方法，以便实现高比能，大功率、长循环寿命，使电池安全可靠、适应广、低成本、快速充电。

实现本发明采取的技术方案为：一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构，其特征是：电池正极包括一个正极集流体，正极集流体上附有多孔纳米碳材料，多孔纳米碳材料孔间填充有正极活性物质，正极活性物质采用纳米硫单质。

所述的正极集流体为带有的孔隙的金属导电网，网孔目数在20～80之间。

所述的多孔纳米碳材料所带的孔隙小于微米级。

所述的正极集流体与正极活性物质之间采用导电剂和胶黏剂配成的银浆料过渡粘结后再碾压复合成一体。

一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构的制备方法，包括如下步骤：

采用液相沉积法将纳米硫单质吸附于多孔纳米碳材料的孔间，形成C-S活性物质复合体，纳米碳材料上所带的孔隙小于1微米，将该C-S活性物质复合体与正极集流体固定，固定方式为先采用银浆料过渡粘结，再进行碾压复合,置于烘箱内烘干。

所述粘结所用的银浆料重量百分比浓度为5%～15%。

所述纳米硫单质吸附于多孔纳米碳材料的孔间的液相沉积包括如下步骤：

⑴将硫化钠溶于去离子水中，制成硫化钠溶液；

⑵取升华硫粉，研磨后加入硫化钠溶液中，室温下搅拌至硫粉全部溶解，得到多硫化钠溶液；

⑶取多硫化钠溶液加入到含有分散剂的去离子水中，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节至pH＞8，得到澄明的淡黄色反应液A；

⑷另取分散剂加入至酸溶液中得到反应液B；

⑸室温下将多孔纳米碳材料置于沉降池底部，随即反应液A以30滴/min的速度缓慢滴入沉降池中处于搅拌状态下的反应液B中，此过程中应保证反应液B的酸过量，始终保持酸性反应体系，此时淡黄色单质硫颗粒开始析出，滴加完毕后继续搅拌陈化3小时，陈化结束后放入烘箱，温度为120℃，20h后取出。

本发明的有益技术效果是：采用液相沉积法将纳米硫单质吸附于多孔纳米碳材料的孔间，形成C-S活性物质复合体，纳米碳材料上所带的孔隙小于1微米，将该C-S活性物质复合体与正极集流体固定，能使Al/C电池比能量高达400～500Wh/kg，既提高铝/碳电池的比能量，又避免了锂电池中的负极活性强、易发热，且价格是常规电池的1/24，对Al/C-S二次电池的商业应用带来了促进作用。

下面结合实施例及附图对本发明在电池中的应用进行详细描述，实施例仅为说明本发明，但保护范围不受限于实施例。

附图说明

图1为本发明铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构的实施例结构示意图。

图1中，1、正极集流体，2、硫单质，3、多孔纳米碳材料，4、混合离子液体，5、负极片，6、电池壳体，7、隔膜。

具体实施方式

如图1所示，一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构，在电池壳体6内有三氯化铝、氯化1-乙基3-甲基咪唑的混合离子液体4，在三氯化铝、氯化1-乙基3-甲基咪唑的混合离子液体4中放置的正极与负极片5之间设有玻璃纤维膜材料构成的隔膜7，正极的正极集流体1上附有多孔纳米碳材料3，多孔纳米碳材料3孔间填充有正极活性物质，正极活性物质采用纳米硫单质2；正极集流体1为带有的孔隙的金属导电网，网孔目数在20～80之间。多孔纳米碳材料3所带的孔隙小于1微米；正极集流体与正极活性物质之间采用导电剂和胶黏剂配成的银浆料过渡粘结后再碾压复合成一体。

一种铝离子复合多层碳硫化电池正电极结构的制备方法，包括如下步骤：