[发明专利]铝离子二次电池及其正极材料

说明书

本发明涉及新型储能电池领域，公开了一种铝离子二次电池及其正极材料，正极材料的主要成分为通过有机酸制备的聚苯胺/导电碳基质复合材料，在低成本的基础上，大体积有机酸制备的聚苯胺拥有良好的空间立体构造，比表面积高，为离子和电子的迁移提供了丰富的通道，提高了催化活性位点的暴露，提高电池的稳定性和安全性。使用该正极材料制备的铝离子二次电池，具有倍率性能优秀、放电比容量良好、循环寿命长、价格循环稳定、低廉、电压窗口宽、清洁环保、库伦效率高、安全性高等许多优点，可以运用在电子工业、通讯产业、能源储备等众多领域。

技术领域

本发明涉及新型储能电池领域，特别涉及一种铝离子二次电池及其正极材料。

背景技术

近年来，随着传统化石能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严峻，新能源产业受到越来越多重视。其中锂离子电池发展迅速，但其较高的应用成本和潜在的安全问题限制了它的发展。铝离子二次电池有望弥补这些缺点，正吸引着人们的视线。

可充电铝离子二次电池由于具有丰富的铝源，拥有仅此于锂电池的高比容量和高能量密度的特性，被认为是新一代大型储能装置。然而，铝离子二次电池缺乏具有所需容量和长期稳定性的合适正极材料，这严重限制了铝离子二次电池的实际应用。相对于已报道过的铝离子二次电池正极材料，包括石墨类（天然石墨，人造石墨，石墨烯，氧化石墨烯等）、聚合物类（聚苯胺，聚噻吩，聚吡咯等）、金属氧化物类（VO₂，V₂O₅，TiO₂等）等，导电高分子聚合物具有独特的结构和物化特性，具有更高的放电电压平台，且拥有良好的长期循环使用寿命。在这其中，聚苯胺是一种较为重要的材料。聚苯胺具有不同的氧化还原状态，经过质子酸的掺杂或氧化可以使聚苯胺的导电率提高近十个数量级，大大提高了电子传输效率，增加活性位点，降低活化能，表现出了出色的电化学性能。

迄今为止尚未报道关于在有机酸制备聚苯胺材料作为铝离子二次电池正极的专利。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种铝离子二次电池及其正极材料，正极材料的主要成分为通过有机酸制备的聚苯胺/导电碳基质复合材料，在低成本的基础上，大体积有机酸制备的聚苯胺拥有良好的空间立体构造，比表面积高，为离子和电子的迁移提供了丰富的通道，提高了催化活性位点的暴露，提高电池的稳定性和安全性。

技术方案：本发明提供了一种铝离子二次电池用正极材料，所述正极材料由通过有机酸制备的聚苯胺与导电碳基质复合而成；所述有机酸制备的聚苯胺在所述正极材料中的质量百分比为50%～95%；所述有机酸为以下任意一种或其组合：一元有机酸、二元有机酸多元有机酸，所述有机酸的浓度区间为0.04 mol L^-1～4 mol L^-1；所述一元有机酸为以下任意一种或其组合：甲酸、乙酸、水杨酸或苯磺酸；所述二元有机酸为以下任意一种或其组合：草酸（乙二酸），苹果酸（丙二酸）、谷氨酸；所述多元有机酸为以下任意一种或其组合：柠檬酸、植酸；所述正极材料的制备方法为化学氧化聚合法、电化学聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法或现场吸附聚合法，整个制备过程的体系温度控制在50℃以下，聚合时间区间为5s～48 h。

优选地，在所述化学氧化聚合法中，所述有机酸作为掺杂酸或二次掺杂酸；在所述电化学聚合法中，所述有机酸作为电解液溶液或反应溶液；在所述乳液聚合法中，所述有机酸作为表面活性剂；在所述微乳液聚合法中，所述有机酸作为表面活性剂或助表面活性剂；在所述现场吸附聚合法中，所述有机酸作为反应溶液。

优选地，所述导电碳基质为碳纳米管、碳纤维、导电气凝胶、导电炭黑、石墨类或石墨烯类碳材料。