做正極的鋁離子電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于離子電池及其制備領域，涉及新型鋁離子電池的制備技術，特別涉及WS2與導電劑、粘結劑混合而成的正極材料及整個電池的制備方法。
技術背景
[0002]近年來，隨著石油、煤炭、天然氣等非可再生能源的不斷減少及其使用帶來的巨大的環(huán)境壓力、溫室效應等，開發(fā)并利用清潔可再生能源成為了當前研宄的熱點。其中電能因為其處于多種能源轉換的核心階段而成為了整個可再生清潔能源發(fā)展與利用的關鍵因素。例如，當前存在的潮汐能發(fā)電、水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等均形成以電能的形式。但這些可再生能源所產(chǎn)生的電能普遍存在一定的不穩(wěn)定性，使其無法大量地進入電網(wǎng)。因此，要實現(xiàn)這些電能的高效利用，則涉及到電能的儲存問題。二次電池的可充放性是當前解決電能儲存最有效也是最有希望的方式?，F(xiàn)在的二次電池仍然以鋰離子電池為主，鋰離子電池因為其較高的能量密度及高電壓平臺而廣泛應用于手機、電腦等電子產(chǎn)品以及其他便攜式電子產(chǎn)品上。但受全球鋰儲量的影響，鋰離子電池的生產(chǎn)成本一直難以降低。同時，目前商業(yè)廣泛使用的碳負極材料使得其在使用過程中存在安全隱患。受以上各種因素的影響，世界各國的科研人員開始著手研發(fā)新型的可充電電池，其中鋁離子電池因為地殼中豐富的鋁元素及開采的低成本使得其慢慢走入了人們的視線。相對于傳統(tǒng)的鋰離子，鋁離子可以轉移三個電子，因此其比容量有很大的開發(fā)潛力。此外鋁離子半徑也小于鋰離子半徑，有利于離子在電極材料上的脫嵌，從而在理論上有利于保持電極材料的結構，提高電池循環(huán)穩(wěn)定性，延長電池使用壽命。目前，有關鋁離子電池的報道還比較少，這主要是因為相關研宄還不是很普遍，同時鮮有的報道中所提及的電池比容量等參數(shù)還不是很理想，因此未能引起商業(yè)的廣泛重視。而這就使得開發(fā)比容量高，循環(huán)性能穩(wěn)定的鋁離子電池變得十分的迫切與重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)在普遍使用的鋰離子電池存在資源緊缺、生產(chǎn)成本高、使用過程中存在一定安全隱患的特點，開發(fā)出一種新型的鋁離子電池，并實現(xiàn)該電池安全可靠、大容量、長時間穩(wěn)定循環(huán)。該鋁離子電池電極材料廉價易得、生產(chǎn)過程簡單有效，利于商業(yè)化推廣。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包含如下的技術方案:
[0005]本發(fā)明涉及一種WS2做正極的鋁離子電池，其中包含正極、負極以及鋁離子電解質(zhì)。
[0006]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，電池正極活性物質(zhì)WS2為納米級或微米級，純度大于等于99%的粉末狀原料。
[0007]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，鋁離子電解質(zhì)為液體時，電池中應包含隔膜材料。
[0008]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，所述隔膜材料應具有離子通過性的玻璃纖維材料、聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料中的一種。
[0009]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，所述鋁離子電解質(zhì)中鹵化鋁與無機酸鹽的摩爾比為0.5-2 O無機酸鹽為1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種任意比例的混合物。
[0010]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，所述鋁離子電解質(zhì)中所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，所述離子電池的正極集流體為鉬片、泡沫鎳、鉑片、碳紙中的一種。
[0011]具體制備步驟如下:
[0012]I).作為鋁離子電池正極材料的WS2要成粉末狀，其顆粒直徑在1nm-1O μ?? ;
[0013]2).將上述粉末狀胃^與導電劑、粘結劑均勻混合后涂在集流體上，作為正極，集流體的材料有鉬片、鈦片及鉑族金屬；
[0014]3).將厚度0.1-1mm的高純鋁片清洗后作為負極；
[0015]4).將鹵化鋁與無機酸鹽均勻混合，作為電解質(zhì)；
[0016]5).以WSdt為正極、高純鋁片作為負極、混合均勻的離子液體作為電解質(zhì)，在充滿氬氣的手套箱中組裝電池；手套箱中的氧氣含量及水含量均小于0.1ppm0
[0017]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，步驟(2)所述導電劑為碳納米管、乙炔黑、超級碳、石墨、碳粉、鉑漿，銀漿中的一種；粘結劑為聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)、鉑漿、銀漿中的一種。
[0018]所述鋁離子電池的優(yōu)選技術方案為，步驟(2)中WS2用量為30_90wt%、導電劑為l_40wt%、粘結劑為 l_30wt%。
[0019]步驟(3)中高純鋁片首先裁剪成約10X15mm的片狀，然后用砂紙打磨，除去其表面的氧化膜，再利用無水乙醇或丙酮浸泡進行超聲清洗，最后在60°C烘箱里進行干燥。
[0020]步驟(4)中鹵化鋁與無機酸鹽混合的電解質(zhì)必須在氬氣保護下的手套箱中進行，裝配好的電池需靜置至少24小時后方可使用。
[0021]本發(fā)明屬一種新的常溫離子電池，即常溫鋁離子電池，并提出了一種新的正極材料一ws2。由于對電池的電極材料、電解質(zhì)、隔膜等進行了精心的挑選，并就其整個制備過程開展了精密的實施，因此本發(fā)明具備以下特點:由于電池所采用的電極材料簡單易得，生產(chǎn)成本低廉使得整個電池成本大大降低；同時相對于傳統(tǒng)的鋰離子電池，鋁離子電池更加的安全可靠，并具備開發(fā)出較高容量的潛力。本電池所采用的WS2層狀結構正極材料在持續(xù)的充放電測試中表現(xiàn)出穩(wěn)定高效的循環(huán)性能；同時WS^學性質(zhì)穩(wěn)定，比表面結大，作為二次鋁離子電池電極材料具備優(yōu)異的儲能性能、倍率性能等。因此，本發(fā)明所涉及的鋁離子電池及其所使用的WS2E極材料在未來的發(fā)展中可應用于電子工業(yè)、電動汽車等多種領域。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1制備的鋁離子電池充放電性能測試曲線；
[0023]圖2為實施例1制備的鋁離子電池的循環(huán)性能測試曲線。
具體實施方案
[0024]本發(fā)明所涉及的鋁離子電池主要包括電池正極、負極、電解質(zhì)、隔膜、正極集流體以及電池殼體。正極為WS2與鉑漿、碳納米管、乙炔黑、超級碳、石墨、碳粉、聚四氟乙烯及聚偏二氟乙烯等導電劑、粘結劑的一種或多種的均勻混合物。正極集流體為鉬片；負極為高純鋁片；隔膜為玻璃纖維、聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜中的一種。電解質(zhì)為鹵化鋁和1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種任意比例的混合物。
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