CN106887636A - 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法 - Google Patents

基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106887636A
CN106887636A CN201510938064.0A CN201510938064A CN106887636A CN 106887636 A CN106887636 A CN 106887636A CN 201510938064 A CN201510938064 A CN 201510938064A CN 106887636 A CN106887636 A CN 106887636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
electrolyte
aluminium ion
aluminium
positive pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510938064.0A
Other languages
English (en)
Inventor
赵志刚
张炜坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN201510938064.0A priority Critical patent/CN106887636A/zh
Publication of CN106887636A publication Critical patent/CN106887636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法。所述铝离子电池包括正极、负极和电解液，所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质，所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构，所述负极包括高纯度金属铝或铝合金，所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。本发明提供的铝离子电池具有循环性能稳定、比容量高、库伦效率高等特点，且电极材料来源广泛、成本低、制备方法简单，可广泛应用于多种领域，如便携式电子设备、电动汽车、通讯产业等。

Description

基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝离子电池，尤其涉及一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法，属于能源材料技术领域。
背景技术
随着现代科技的飞速发展，人们对能源需求日益加大，作为传统储能装置的锂离子电池，因其有限的资源和昂贵的成本受到了严重的阻碍。因此，开发成本低廉、环境友好且具有良好储能性能的新型电池体系尤为重要。基于嵌入脱嵌机制的铝离子电池，由于三价铝具有更高的能量密度，且资源丰富具有明显的成本优势，因此受到了广泛的关注。然而，关于铝离子电池的报道相对较少，而且循环性能差、容量低、库伦效率低等问题尚未解决，限制了其快速发展及商业化应用。因此，开发循环寿命长且性能良好的铝离子电池体系，具有十分重要的理论意义和商业价值。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法，以提升铝离子电池性能，从而克服现有技术中的不足。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种基于导电聚合物正极的铝离子电池，其包括正极、负极和电解液，所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质，所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构，所述负极包括高纯度金属铝或铝合金，所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。
优选的，所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述集流体包括不锈钢箔、泡沫镍、碳纸中的任意一种，但不限于此。
优选的，所述含铝路易斯酸性电解质主要由含铝离子的路易斯酸和一种以上含不同取代基咪唑类离子液体混合形成。
进一步的，所述咪唑氯化盐包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯化盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐的任意一种或两种以上按任意比例混合而成的组合物，但不限于此。
优选的，所述含铝路易斯酸性电解质主要由摩尔比为1.1～1.8的含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合形成。
进一步的，当时所述铝离子电解质为液体时，所述铝离子电池还包括隔膜。
优选的，所述隔膜包括具有离子通透性的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜和玻璃纤维材料的任意一种，但不限于此。
优选的，所述电活性物质包括80～95wt％导电聚合物和5～20wt％粘结剂，所述粘结剂与所述导电聚合物均匀混合。
本发明实施例提供了一种制备所述铝离子电池的方法，其包括：
提供呈导电网状结构的聚合物，并与粘结剂均匀混合后涂覆在集流体上，作为正极；
提供负极，包括高纯度铝或铝合金；
提供主要由含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体均匀混合形成的含铝路易斯酸性电解质，作为电解液；
将所述正极、负极、隔膜和电解液组配形成铝离子电池。
优选的，所述的制备方法包括：在H2O<1ppm，O2<1ppm的环境中完成所述铝离子电池的封装。
优选的，所述的制备方法包括：在惰性气氛中将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合，并持续搅拌至形成澄清流体，即为所述电解液。
本发明提出了一种新型的铝离子电池结构，其正极活性物质采用具有良好导电网络结构的导电聚合物，有利于铝离子的嵌入和脱出，并且自身提供良好的导电性；同时，其负极采用铝或铝合金，铝作为地壳含量最丰富的金属元素，资源丰富且成本低廉，在所有的金属材料中，体积比容量最高，质量比容量仅次于锂，作为负极材料具有无可比拟的优势；又及，其电解液采用离子液体，具有较高的电导率、较宽的电位窗口以及良好的热稳定性和化学稳定性等特显；再及，其采用的隔膜具有良好的绝缘性、对电解质离子具有良好的透过性，耐腐蚀具有一定的化学和电化学稳定性，具有足够的力学性能。
总之，与现有技术相比，本发明的优点包括：提供的铝离子电池具有循环性能稳定、比容量高、库伦效率高等特点，且电极材料来源广泛、成本低、制备方法简单，可广泛应用于多种领域，如便携式电子设备、电动汽车、通讯产业等。
附图说明
图1是本发明实施例1中铝离子电池的放电性能测试图；
图2是本发明实施例2中铝离子电池的放电性能测试图。
具体实施方式
本发明的一个方面提供了一种导电聚合物作为正极活性物质的铝离子电池，其包含正极、负极、电解液等，其中所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质，所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构，所述负极包括高纯度金属铝(纯度在99.9％以上)或铝合金，所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。
进一步的，当所述含铝路易斯酸性电解质为液体时，所述铝离子电池还应包括隔膜材料。
所述导电聚合物、隔膜、含铝路易斯酸性电解质、集流体等可选自前文所列的各种类型，此处不再赘述。
优选的，所述正极不含导电剂，例如不含乙炔黑、超级碳、碳纳米管等。
优选的，所述电活性物质包括粘结剂与导电聚合物的均匀混合物。所述粘结剂可以为聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯的一种，但不限于此。
本发明的一个方面提供了一种制备所述铝离子电池的方法。例如，在一实施案例中，所述制备方法包括如下步骤：
1)作为正极材料的导电聚合物的制备，导电聚合物为导电网状结构；
2)将上述的导电聚合物与粘结剂均匀混合后涂在集流体上，作为正极；
3)将高纯度铝清洗处理，作为负极；
4)将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体按比例均匀混合，作为含铝路易斯酸性电解质；
5)以导电聚合物为电池正极材料、高纯度铝为负极、离子液体为电解液，在手套箱(H2O<1ppm；O2<1ppm)完成封装。
进一步的，在前述步骤3)中，可以高纯度铝片剪裁至合适尺寸，例如直径约20mm的圆，然后用砂纸打磨，稀盐酸清洗，除去其表面氧化膜，再利用乙醇或丙酮浸泡并超声清洗，60℃真空干燥。
进一步的，在前述步骤4)中，为获得含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合的含铝路易斯酸性电解质，需在氩气保护的手套箱中进行配置，同时磁力搅拌24h至澄清方可使用。
以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
实施例1将0.48mg聚苯胺与0.2mg PVDF混合均匀，加入适量NMP，刮于不锈钢箔上，80℃真空干燥12h，剪裁成18mm的正极。将高纯度的铝箔浸泡于盐酸1～5min，丙酮超声30～90min后干燥，作为负极。氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐按摩尔比1.1:1合成离子液体作为电解液。在手套箱(H2O<1ppm；O2<1ppm)封装成2032型纽扣电池。将该铝离子电池静置12h后，在0.02～2.5V进行充放电测试，测试结果可参考图1。
实施例2将1.25mg聚吡咯与0.2mg PVDF混合均匀，加入适量NMP，刮于不锈钢箔上，80℃真空干燥12h，剪裁成18mm的正极。将高纯度的铝箔浸泡于盐酸1～5min，丙酮超声30～90min后干燥，作为负极。氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐按摩尔比1.3:1合成离子液体作为电解液。在手套箱(H2O<1ppm；O2<1ppm)封装成2032型纽扣电池。将该铝离子电池静置12h后，在0.02～2.5V进行充放电测试，测试结果可参考图2。
本发明导电聚合物作正极的铝离子电池制备工艺简单，安全，成本低，并可扩展到制备其他超价离子电池的制备，对于铝离子电池商用化具有极大价值。
应当理解，上述实例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于导电聚合物正极的铝离子电池，其特征在于包括正极、负极和电解液，所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质，所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构，所述负极包括高纯度金属铝或铝合金，所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。
2.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：所述集流体包括不锈钢箔、泡沫镍、碳纸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：所述电解质主要由含铝离子的路易斯酸和一种以上含不同取代基咪唑类离子液体混合形成，所述咪唑类离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯化盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐的任意一种或两种以上按任意比例混合而成的组合物。
5.根据权利要求4所述的铝离子电池，其特征在于所述铝离子电解质主要由摩尔比为1.1～1.8的含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合形成。
6.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：当时所述铝离子电解质为液体时，所述铝离子电池还包括隔膜，所述隔膜包括具有离子通透性的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜和玻璃纤维材料的任意一种。
7.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：所述电活性物质包括80～95wt％导电聚合物和5～20wt％粘结剂，所述粘结剂与所述导电聚合物均匀混合。
8.如权利要求1-7中任一项所述铝离子电池的制备方法，其特征在于包括：
提供呈导电网状结构的聚合物，并与粘结剂均匀混合后涂覆在集流体上，作为正极；
提供负极，包括高纯度铝或铝合金；
提供主要由含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体均匀混合形成含铝路易斯酸性电解质，作为电解液；
将所述正极、负极、隔膜和电解液组配形成铝离子电池。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于包括：在H2O<1ppm，O2<1ppm的环境中完成所述铝离子电池的封装。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于包括：在惰性气氛中将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合，并持续搅拌至形成澄清流体，即为所述电解液。
CN201510938064.0A 2015-12-15 2015-12-15 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法 Pending CN106887636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510938064.0A CN106887636A (zh) 2015-12-15 2015-12-15 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510938064.0A CN106887636A (zh) 2015-12-15 2015-12-15 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106887636A true CN106887636A (zh) 2017-06-23

Family

ID=59173775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510938064.0A Pending CN106887636A (zh) 2015-12-15 2015-12-15 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106887636A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105826543A (zh) * 2016-05-10 2016-08-03 哈尔滨工业大学（威海） 铝-聚苯胺二次电池
CN108807911A (zh) * 2018-06-13 2018-11-13 中国石油大学(华东) 一种铝离子电池及其制备方法
CN110492078A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 山东大学 一种铝离子电池正极材料、铝离子电池及应用
CN113097565A (zh) * 2021-03-29 2021-07-09 北京理工大学 一种用于铝二次电池的类离子液体电解液及制备方法
CN114784250A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 江苏大学 正极材料、电极和可充放电铝离子电池
CN116190764A (zh) * 2023-02-24 2023-05-30 北京科技大学 一种一体化半固态双反应区铝离子电池及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002298862A (ja) * 2001-03-29 2002-10-11 Toshiba Corp アルミニウム電池
CN101794907A (zh) * 2009-11-20 2010-08-04 无锡欧力达新能源电力科技有限公司 一种铝聚合物二次电池及其制备方法
CN104241596A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 北京科技大学 一种可充电铝离子电池及其制备方法
CN204179149U (zh) * 2014-11-10 2015-02-25 南京中储新能源有限公司 二次电池正极极片及二次铝电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002298862A (ja) * 2001-03-29 2002-10-11 Toshiba Corp アルミニウム電池
CN101794907A (zh) * 2009-11-20 2010-08-04 无锡欧力达新能源电力科技有限公司 一种铝聚合物二次电池及其制备方法
CN104241596A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 北京科技大学 一种可充电铝离子电池及其制备方法
CN204179149U (zh) * 2014-11-10 2015-02-25 南京中储新能源有限公司 二次电池正极极片及二次铝电池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105826543A (zh) * 2016-05-10 2016-08-03 哈尔滨工业大学（威海） 铝-聚苯胺二次电池
CN108807911A (zh) * 2018-06-13 2018-11-13 中国石油大学(华东) 一种铝离子电池及其制备方法
CN110492078A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 山东大学 一种铝离子电池正极材料、铝离子电池及应用
CN113097565A (zh) * 2021-03-29 2021-07-09 北京理工大学 一种用于铝二次电池的类离子液体电解液及制备方法
CN114784250A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 江苏大学 正极材料、电极和可充放电铝离子电池
CN114784250B (zh) * 2022-05-07 2023-09-15 江苏大学 正极材料、电极和可充放电铝离子电池
CN116190764A (zh) * 2023-02-24 2023-05-30 北京科技大学 一种一体化半固态双反应区铝离子电池及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leonard et al. Water-in-salt electrolyte for potassium-ion batteries
Liu et al. Cable‐type water‐survivable flexible Li‐O2 battery
CN106887636A (zh) 基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法
CN104393290B (zh) 一种采用MoS2为正极材料的铝离子电池及其制备方法
Sun et al. Hedgehog-inspired nanostructures for hydrogel-based all-solid-state hybrid supercapacitors with excellent flexibility and electrochemical performance
CN104993130A (zh) 一种非水溶液铝离子二次电池及其制备方法
CN106548877B (zh) 碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料电极及其制备方法和应用
CN103208618B (zh) 锂离子电池碳硫复合正极材料及其制备方法
Li et al. Free-standing 3D polyaniline–CNT/Ni-fiber hybrid electrodes for high-performance supercapacitors
CN106887637A (zh) 自支撑铝离子电池及其制备方法
CN104241596A (zh) 一种可充电铝离子电池及其制备方法
CN105609720B (zh) 一种NiPC@CNTs/S复合材料的制备方法与应用
CN102024996A (zh) 一种高性能可充镁电池及其制备方法
Mansuroglu et al. N-doped graphene oxide as additive for fumed silica based gel electrolyte of valve regulated lead acid batteries
WO2017170944A1 (ja) 水系二次電池
Huang et al. An ultrastable Na–Zn solid-state hybrid battery enabled by a robust dual-cross-linked polymer electrolyte
CN104701541A (zh) 一种ws2做正极的铝离子电池及其制备方法
CN104821399A (zh) 具有核-壳结构的磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN110247023A (zh) 一种新型电池极片增强方法及相应极片
CN104157829A (zh) 一种基于聚苯胺纳米管的硫碳复合材料、制备方法及二次电池
CN110060882A (zh) 一种水系电解液及其应用
CN105633327A (zh) 一种TiS2为正极的铝离子二次电池及其制备工艺
CN104078678A (zh) 一种硫碳导电聚合物正极及使用这种正极的二次铝电池
WO2016111151A1 (ja) 非水電解液およびそれを用いた蓄電デバイス
CN204156012U (zh) 一种碳铝复合材料负极及二次铝电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170623

RJ01 Rejection of invention patent application after publication