一種鋁負極極片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋁負極極片，所述的負極極片由集流體層，三維網(wǎng)狀負極材料層組成；所述的負極材料層由三維網(wǎng)絡NiO多孔薄膜包覆活性材料組成，不需要添加粘結劑及其他導電劑；薄膜電極均勻、穩(wěn)定的負載在集流體層上，提高活性材料的比表面積及利用率，同時簡化了實驗工序。NiO多孔包覆納米鋁，可有效抑制鋁的鈍化，進一步提高活性材料的利用率，從而提高電池的電化學性能。
【專利說明】一種鋁負極極片

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電化學和新能源產(chǎn)品領域，涉及一種鋁負極極片及采用該極片的二次電池。

【背景技術】
[0002]隨著電子和通訊設備、電動汽車、風力發(fā)電和光伏發(fā)電等新電源的快速發(fā)展，人類對配套電源的電池性能需求越來越高，迫切需要開發(fā)具有能量高、成本低、壽命長、綠色環(huán)保、電池材料資源豐富以及可循環(huán)利用的動力電池和儲能電池。鋁的理論能量密度高達2980mAh/g,僅次于鋰(3682mAh/g)，體積比容量為8050mAh/cm3，是鋰的4倍，且化學活潑性相對穩(wěn)定，是理想的負極材料；硫具有1675mAh/g的理論能量密度，是已知能量密度最高的正極材料。因此，二者作為正負極材料可構成一種資源豐富、無污染、價格低廉、能量密度高、使用安全的理想電池。
[0003]但鋁合金負極還存在不少問題，限制了其作為電池負極發(fā)揮高能源的優(yōu)勢。I)鋁合金負極本身極化相當嚴重，鋁合金表面生成鈍化膜，造成電極電位正移，同時造成電壓滯后現(xiàn)象。2)鋁合金的腐蝕相當嚴重。存在負差效應，必然造成電極利用率降低，庫侖效率低等。3)實際比功率較低，特別是在中性溶液中會更低，且水溶液鋁空氣電池不能充電，這是由鋁的熱力學負電位造成。


【發(fā)明內容】

[0004](一)發(fā)明目的
[0005]為解決上述鋁負極存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種新的鋁負極極片，通過對負極鋁進行N1包覆改性，并形成三維網(wǎng)絡結構，使鋁負極電位更負、活性更高、更耐腐蝕和易儲存及運輸。
[0006]具有定向管狀結構的T12基底，該基底不僅具有三維的管狀結構，且孔徑分布均勻，易于控制，同時該孔狀結構的骨架為定向的T12管壁，能夠讓電子定向傳遞，減少了電子傳輸?shù)穆窂?，提高了電子傳輸?shù)男?。多孔氧化鎳包覆納米鋁層均勻地生長在T12納米管陣列上，氧化鎳包覆納米鋁薄膜有絲狀的氧化鎳相互交織而成，形成了一個具有較大比表面積的三維孔狀結構。該氧化鎳的孔徑在20-60nm之間，電解質溶液能夠較容易地穿過該孔徑。N1包覆納米鋁粉顆粒，抑制活性材料鈍化，保持負極鋁的活性，從而提高活性材料的利用率。
[0007](二)技術方案
[0008]本實用新型上述的目的通過以下方案予以實現(xiàn):
[0009]一種鋁負極極片，其特征在于，包括:
[0010]a)集流體層；
[0011]b)負極材料層，所述負極材料層為三維網(wǎng)絡薄膜，由活性材料和包覆于活性材料表面的N1組成。
[0012]方案所述的一種鋁負極極片，其特征在于，集流體層材料包括石墨片、鎳片、導電玻璃、泡沫鎳、銅片、T12納米管陣列基底中的一種或多種。
[0013]方案所述的一種鋁負極極片，其特征在于，所述負極材料層，生長在集流體表面，具有多孔網(wǎng)絡結構。
[0014]方案所述的一種鋁負極極片，其特征在于，所述負極極片不包含粘結劑和其他導電劑。
[0015]方案所述的活性材料包括納米鋁顆粒；及納米鋁合金，包括含有選自L1、Na、K、Ca、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma> Ga、In、Cr、Ge 中的至少一種元素與 Al 的合金。
[0016]為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供一種二次鋁電池，包括正極、負極和電解液，其特征在于:(a)正極為含硫活性材料；(b)負極為本實用新型所述的負極；(C)非水含鋁電解液。
[0017]方案所述的非水含鋁電解液為有機鹽-鹵化鋁體系離子液體，其中，有機鹽與鹵化鋁的摩爾比為1:1.Γ3.0。
[0018]方案所述的有機鹽-鹵化鋁體系中，有機鹽的陽離子包括咪唑鎗離子，吡啶鎗離子，吡咯鎗離子，哌啶鎗離子，嗎啉鎗離子，季銨鹽離子，季鱗鹽離子和叔銃鹽離子；有機鹽的陰尚子包括 Cl , Br , I , PF6，BF4，CN，SCN，[N(CF3SO2) 2] ，[N(CN)2]等尚子。
[0019]方案所述的有機鹽-鹵化鋁體系，其特征在于，所述鹵化鋁為氯化鋁、溴化鋁或碘化鋁中的一種。
[0020]方案所述二次鋁電池(電化學裝置)的制備方法如下:將負極極片裁成40mm寬X15mm長的極片，和0.16_厚的隔膜以及用聚苯胺包覆介孔碳硫復合材料為正極材料制成的負極卷繞成電芯裝入鍍鎳鋼殼，再注入電解液，封口制成二次鋁電池。
[0021](三)有益效果
[0022]本實用新型提供的具有三維網(wǎng)絡結構N1包覆活性硫薄膜負極極片具有以下有益效果:
[0023]( I)具有定向管狀結構的T12基底，該基底不僅具有三維的管狀結構，且孔徑分布均勻，易于控制，同時該孔狀結構的骨架為定向的T12管壁，能夠讓電子定向傳遞，減少了電子傳輸?shù)穆窂?，提高了電子傳輸?shù)男省?br> [0024](2)多孔氧化鎳包覆納米鋁層均勻地生長在T12納米管陣列上，氧化鎳包覆納米鋁薄膜有絲狀的氧化鎳相互交織而成，形成了一個具有較大比表面積的三維孔狀結構。該氧化鎳的孔徑在20-60nm之間，電解質溶液能夠較容易地穿過該孔徑。
[0025](3) N1包覆納米鋁粉顆粒，抑制活性材料鈍化，保持負極鋁的活性，負移了電位，使鋁負極電位更負，從而提高活性材料的利用率。表面包覆層將內層的活性材料與電解液隔開，降低了電解液對鋁及其合金的腐蝕，使其更易儲存及運輸，并提高了電池的循環(huán)性能和電池的使用壽命。
[0026](四)

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型所述的一種集流體結構示意圖。
[0028]圖2是本實用新型所述的正極極片結構示意圖。
[0029]圖3是本實用新型所述的二次鋁電池的結構示意圖。
[0030]其中，a—集流體層，b—負極材料層，c一鈦金屬片，d- 二氧化鈦納米管陣列，I一正極片，2—負極片，3—隔膜，4一正集流體，5—正極耳，6—負集流體，7—負極耳。
[0031](五)

【具體實施方式】
[0032]以下將結合實施例對本實用新型的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。下面的實施例描述了本實用新型的幾種實施方式，它們僅是說明性的，而非限制性的。
[0033]如圖1所示，本【具體實施方式】所述的一種集流體層包括鈦金屬片c及二氧化鈦納米管陣列山其中二氧化鈦納米管陣列d垂直生長在鈦金屬片c上。
[0034]如圖2所示，本【具體實施方式】所述的正極極片包括集流體層a，負極材料層b，其中集流體層a為T12納米管陣列，負極材料層b為三維網(wǎng)絡薄膜，由活性材料和包覆于活性材料表面的N1組成。
[0035]如圖3所示，本【具體實施方式】所述的二次鋁電池，其包括電池殼體，放置于電池殼體內的卷繞結構及集流體和集耳；其中所述卷繞結構包括依次由正極片1、隔膜3和負極片2組成的重復結構；集流體包括正集流體4和負集流體6.集耳包括正極耳5和負極耳7。
[0036]實施例1
[0037](I) T12納米管陣列基底的制備:將Ti金屬片(純度99.6%)裁剪成4 cmXlcm規(guī)格，作為陽極，鉬片作為陰極置于0.lmol/L的HF溶液中，在直流穩(wěn)壓電源20V的電壓下常溫反應I小時，反應后立即取出樣品；將陽極氧化法制得二氧化鈦納米管置于管式爐中，將管式爐進行抽氣，直到真空狀態(tài)，500°C保溫3h，程式結束后取出樣品。
[0038](2)三維網(wǎng)絡薄膜電極的制備:Ni (NO3)2.6H20與CO(NH2)2按摩爾比1:5稱量溶于去離子水中，配置成0.2mol/L的鎳鹽溶液,加入2ml 0.05mol/L的十二燒基苯磺酸鈉溶液，加入Al粉(N1與Al的摩爾比為1:10)，混合均勻，超聲分散，將制備好的T12納米管陣列，正面朝下置于50ml水熱反應釜中，轉移上述配置的混合溶液30ml于反應釜中。將水熱反應釜放置電熱鼓風干燥箱中(恒溫箱中)，在100°C下水熱反應8h后。將生長有活性材料的T12納米管陣列電極的最后置于流動的隊氣氛中在400°C下保溫3h，程序完畢后取出樣品。
[0039]實施例2
[0040](I) T12納米管陣列基底的制備:將Ti金屬片(純度99.6%)裁剪成4 cmXlcm規(guī)格，作為陽極，鉬片作為陰極置于0.lmol/L的HF溶液中，在直流穩(wěn)壓電源20V的電壓下常溫反應I小時，反應后立即取出樣品；將陽極氧化法制得二氧化鈦納米管置于管式爐中，將管式爐進行抽氣，直到真空狀態(tài)，500°C保溫3h，程式結束后取出樣品。
[0041](2)三維網(wǎng)絡薄膜電極的制備:Ni (NO3)2.6H20與CO(NH2)2按摩爾比1:5稱量溶于去離子水中，配置成0.2mol/L的鎳鹽溶液,加入2ml 0.05mol/L的十二燒基苯磺酸鈉溶液，加入Al粉(N1與Al的摩爾比為2:8)，混合均勻，超聲分散，將制備好的T12納米管陣列，正面朝下置于50ml水熱反應釜中，轉移上述配置的混合溶液30ml于反應釜中。將水熱反應釜放置電熱鼓風干燥箱中(恒溫箱中)，在100°C下水熱反應8h后。將生長有活性材料的T12納米管陣列電極的最后置于流動的隊氣氛中在400°C下保溫3h，程序完畢后取出樣品。
[0042]實施例3
[0043](I) Ti02納米管陣列基底的制備:將Ti金屬片(純度99.6%)裁剪成4 cmXlcm規(guī)格，作為陽極，鉬片作為陰極置于0.lmol/L的HF溶液中，在直流穩(wěn)壓電源20V的電壓下常溫反應I小時，反應后立即取出樣品；將陽極氧化法制得二氧化鈦納米管置于管式爐中，將管式爐進行抽氣，直到真空狀態(tài)，500°C保溫3h，程式結束后取出樣品。
[0044](2)三維網(wǎng)絡薄膜電極的制備=Ni(NO3)2.6H20與CO(NH2)2按摩爾比1:5稱量溶于去離子水中，配置成0.2mol/L的鎳鹽溶液,加入2ml 0.05mol/L的十二燒基苯磺酸鈉溶液，加入Al粉(N1與Al的摩爾比為3:7)，混合均勻，超聲分散，將制備好的T12納米管陣列，正面朝下置于50ml水熱反應釜中，轉移上述配置的混合溶液30ml于反應釜中。將水熱反應釜放置電熱鼓風干燥箱中(恒溫箱中)，在100°C下水熱反應8h后。將生長有活性材料的T12納米管陣列電極的最后置于流動的隊氣氛中在400°C下保溫3h，程序完畢后取出樣品。
[0045]實施例4
[0046]將實施例1、2、3負極極片裁成40mm寬X 15mm長的極片，和0.16mm厚的隔膜以及用聚苯胺包覆介孔碳硫復合材料為正極材料制成的負極卷繞成電芯裝入鍍鎳鋼殼，再注入電解液，封口制成二次鋁電池。
[0047]實施例5
[0048]對所制電池進行充放電循環(huán)測試，以IC充電至2.5V，0.5C放電，放電截止電壓為
1.2 V，測試結果如下:
[0049](I)實施例1材料所制電池，首次放電容量583mAh，循環(huán)50次后，放電容量為408mAh,容量保持率70%。
[0050](2)實施例2材料所制電池，首次放電容量654mAh，循環(huán)50次后，放電容量為490mAh,容量保持率75%。
[0051](3)實施例3材料所制電池，首次放電容量558mAh，循環(huán)50次后，放電容量為374mAh,容量保持率67%。
[0052]盡管已經(jīng)參照實施方案對本實用新型進行了詳細的描述，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求書及其等價物所述的本實用新型的構思和范圍的情況下，可以對其作出各種修改和替換。
【權利要求】
1.一種鋁負極極片，其特征在于，包括: a)集流體層； b)負極材料層，所述負極材料層為三維網(wǎng)絡薄膜，由活性材料和包覆于活性材料表面的N1組成。
2.如權利要求1所述的一種鋁負極極片，其特征在于，集流體層材料包括石墨片、鎳片、導電玻璃、泡沫鎳、銅片、T12納米管陣列基底中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的一種鋁負極極片，其特征在于，所述負極材料層，生長在集流體表面，具有多孔網(wǎng)絡結構。
4.如權利要求1所述的一種鋁負極極片，其特征在于，所述負極極片不包含粘結劑和其他導電劑。
5.如權利要求1所述的一種鋁負極極片，其特征在于，所述活性材料包括納米鋁顆粒；及納米鋁合金，包括含有選自 L1、Na、K、Ca、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一種元素與Al的合金。
【文檔編號】H01M4/134GK204156004SQ201420669331
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權日:2014年11月11日
【發(fā)明者】趙宇光, 解淑晶 申請人:南京中儲新能源有限公司