CN204156002U - 二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层、集流体和涂覆层,其中,活性浆料层由粘结剂和活性材料组成,具体地,活性材料为聚丙烯腈纤维/硫复合材料。所述电极具有能量密度高、导电性优良,稳定性好等优点。

Description

二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片
技术领域
本实用新型属于电化学和新能源产品领域,涉及一种聚丙烯腈纤维/硫复合电极片及其在二次铝电池中的应用。
背景技术
随着可移动电子和通讯设备的迅速发展,二次电池的需求更为迫切,且越来越倾向于密集型、薄型、小型、轻型和高能量密度的电池的开发。铝的能量密度为2980mAh/g,且其质量轻、价格低廉、资源丰富、使用安全,是理想的电池负极材料;硫的能量密度为1675mAh/g,自然界储量丰富,安全环保,价格低廉,在二次电池中的应用已较为广泛。因此以铝金属或铝合金为负极和硫基材料为正极的二次铝硫电池是符合需求的最具吸引力的电池体系。
二次铝硫电池的工作原理是硫与铝之间的可逆氧化还原反应。目前,铝硫电池的技术瓶颈在于硫基正极材料存在着活性材料损失、导电性差、还原过程产生的中间体多聚硫化物易溶于电解液、部分溶解的多聚硫化物扩散到达金属铝负极表面产生自放电反应及沉积在负极上使其钝化等问题,最终导致硫活性物质利用率低、容量衰减迅速、电池循环性能差。
为了克服单质硫存在的缺陷,将单质硫负载到具有高比表面积、良好导电性和稳定性的导电聚合物材料中是常用的解决方法之一,常用的导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚丙烯腈等,通常和碳材料、硫复合形成正极材料,采用原位聚合的方式制备,起到提高正极材料稳定性、导电性、比容量的作用,同时还可抑制硫的熔失,提高循环性能。一维结构的导电聚丙烯腈纤维具有更高的比表面积和电导率,表面膨松多孔,将其与硫复合能得到电化学性能优良的正极材料。
发明内容
(一)  发明目的
本实用新型的目的在于改进现有电极存在的硫负载量偏低,导电性差,能量密度低,循环性能差等问题,提供一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层、集流体和涂覆层,其中,活性浆料层由粘结剂和活性材料组成,具体地,活性材料为聚丙烯腈纤维/硫复合材料。所述电极具有能量密度高、导电性优良,稳定性好等优点。
(二)  技术方案
为实现上述发明目的,本实用新型提供了如下技术方案:
一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2,其特征在于,所述活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成,其中活性材料为聚丙烯腈纤维/硫复合材料;所述涂覆层3为多孔碳层,厚度在0.01-0.05mm。
方案所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述活性材料中,硫采用热处理的方式均匀负载于聚丙烯腈纤维表面,复合温度为300-450℃。
方案所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述集流体为铝箔,厚度为0.1-0.3mm。
方案所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述复合正极片省却了导电剂。
方案所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片的具体制备如下:选取100-300nm尺寸的聚丙烯纤维同单质硫以质量比1:10-1:20于300-450℃温度下惰性气体保护下进行热处理,10h后,取出得到上述活性材料聚丙烯腈纤维/硫复合材料,将其同粘结剂混合制成活性浆料层1;选取0.1-0.3mm厚的铝箔作为集流体2,先在其上下表面分别涂覆一层0.01-0.05mm厚的多孔碳层3,然后将活性浆料层1涂在多孔碳层3上,最后将所得复合材料烘干裁成适合尺寸的正极片即可。
(三)  有益效果
本实用新型所述二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2。涂覆层为多孔碳层,可使得集流体与电极材料的相容性增强,界面接触电阻降低,提高电极的功率密度;一维纳米聚丙烯腈纤维比表面积巨大,其疏松多孔结构有利于吸附硫及还原产物,可有效提高硫的负载量,并抑制多硫化物的溶解,从而提高电池的循环性能;同硫高温复合后可有效提高硫电极的导电性,同时聚丙烯腈自身还能作为活性物质提供一部分容量,且省却了导电剂,电极的比容量得到提高。
(四)  附图说明
图1是本实用新型所述的复合正极片结构示意图。
其中,1—活性浆料层,2—集流体,3—涂覆层。
(五)  具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。下面的实施例描述了本实用新型的几种实施方式,它们仅是说明性的,而非限制性的。
如图1所示,本具体实施方式所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2。其中,集流体2为0.1-0.3mm铝箔,其上下表面均有涂覆层3,在上下两层涂覆层上均覆有活性浆料层1。具体地,活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成,活性材料和粘结剂质量比为8:2;涂覆层3为多孔碳层,厚度在0.01-0.05mm。
本实用新型所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,为保证活性物质硫的负载量和电池能量密度,其中活性材料中聚丙烯腈纤维和硫的质量比优选为1:10-1:20,同时聚丙烯腈纤维尺寸优选为100-300nm,二者复合温度优选为300-450℃。
实施例1
一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2,集流体2上下表面均有涂覆层3,在上下两层涂覆层上均覆有活性浆料层1。其中,集流体2为0.1mm铝箔;活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2,活性材料中聚丙烯腈纤维和硫的质量比优选为1:10,二者复合温度为300℃;涂覆层3为多孔碳层,厚度为0.01mm。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。
实施例2
一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2,集流体2上下表面均有涂覆层3,在上下两层涂覆层上均覆有活性浆料层1。其中,集流体2为0.3mm铝箔;活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2,活性材料中聚丙烯腈纤维和硫的质量比优选为1:20,二者复合温度为450℃;涂覆层3为多孔碳层,厚度为0.05mm。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。
实施例3
一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2,集流体2上下表面均有涂覆层3,在上下两层涂覆层上均覆有活性浆料层1。其中,集流体2为0.2mm铝箔;活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2,活性材料中聚丙烯腈纤维和硫的质量比优选为1:15,二者复合温度为400℃;涂覆层3为多孔碳层,厚度为0.03mm。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。
实施例4
一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层1、涂覆层3和集流体2,集流体2上下表面均有涂覆层3,在上下两层涂覆层上均覆有活性浆料层1。其中,集流体2为0.3mm铝箔;活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2,活性材料中聚丙烯腈纤维和硫的质量比优选为1:18,二者复合温度为450℃;涂覆层3为多孔碳层,厚度为0.05mm。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。
实施例5
对实施例1-4中所制备的二次铝电池进行充放电循环测试,以1C进行充电至2.5V,0.1C放电,放电截止电压为1.2V。测试结果如下表。
表1 二次铝电池
尽管已经参照实施方案对本实用新型进行了详细的描述,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离所附权利要求书及其等价物所述的本实用新型的构思和范围的情况下,可以对其做出各种修改和替换。

Claims (4)

1.一种二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,包括活性浆料层(1)、涂覆层(3)和集流体(2),其特征在于,所述活性浆料层(1)由活性材料和粘结剂组成,其中活性材料为聚丙烯腈纤维/硫复合材料;所述涂覆层(3)为多孔碳层,厚度在0.01-0.05mm。
2.如权利要求1所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述活性材料中,硫均匀负载于聚丙烯腈纤维表面。
3.如权利要求1所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述集流体为铝箔,厚度为0.1-0.3mm。
4.如权利要求1所述的二次铝电池用聚丙烯腈纤维/硫复合电极片,其特征在于,所述复合正极省却了导电剂。
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