二次铝电池制造技术

本发明专利技术公开了一种二次铝电池，属于电化学和新能源产品领域。所述二次铝电池，包括正极、负极、隔膜和非水含铝电解液，所述正极为硅碳复合正极，其中正极活性材料为表面包覆碳材料层的石墨烯和硅纳米粉末；所述负极由铝-碳气凝胶复合材料裁剪而成，其中铝以渗透或扩散的形式分布在碳气凝胶的骨架结构中。所述二次铝电池，具有能量密度高、负极利用率高，循环稳定性优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学和新能源产品领域，涉及一种二次铝电池。
技术介绍
为了满足电动汽车、智能电网及移动终端设备的发展需求，研发高能量密度且价廉环保的二次铝电池成为电池领域的热点，二次铝电池作为一种高能量密度电池体系应用而生。目前，二次铝电池的研发仍存在不少问题，尤其是电极这块，现在研究较多的硫正极由于硫导电性差，且硫-硫键断裂时产生的小分子有机硫化物溶于电解液会生成不可逆反应的无序硫，使得活性物质流失，严重影响电池的循环性能，且硫放电产生的多硫化物会穿梭到负极发生自放电反应，加速铝负极的腐蚀。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种二次铝电池。该二次铝电池包括正极、负极、隔膜和非水含铝电解液，所述正极为硅碳复合正极，其中正极活性材料为表面包覆碳材料层的石墨烯和硅纳米粉末；所述负极由铝-碳气凝胶复合材料裁剪而成，其中铝以渗透或扩散的形式分布在碳气凝胶的骨架结构中。上述二次铝电池，具有能量密度高、负极利用率高，循环稳定性优异。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种二次铝电池，包括正极、负极、隔膜和非水含铝电解液，所述正极为硅碳复合正极，其中正极活性材料为表面包覆碳材料层的石墨烯和硅纳米粉末；所述负极由铝-碳气凝胶复合材料裁剪而成，其中铝以渗透或扩散的形式分布在碳气凝胶的骨架结构中。所述正极活性物质中碳材料层由葡萄糖或蔗糖热解形成。所述碳材料层的厚度为1-20纳米，碳材料层占正极活性物质的比重为1%-2%。所述石墨和硅纳米粉末粒径为30-50微米。所述石墨和硅纳米粉末采用球磨得到。正极活性物质占硅碳复合正极的质量百分比为80%-85%，粘结剂质量百分比5%-20%。所述负极铝-碳气凝胶复合材料，碳气凝胶的质量比为10～90%，铝的质量比为90～10%。所述负极中铝包括铝金属或者铝合金。上述正极由正极活性物质、粘结剂和集流体等组成，其中粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、丁苯橡胶、氟化橡胶和聚氨酯及其衍生物、共聚物中的任一种或任几种的混合物，集流体为不锈钢、铜、镍、钛、铝中的任意一种。将正极活性物质和粘结剂按照比例混合均匀，涂覆在集流体表面，烘干碾压然后裁剪很合适的尺寸即得到正极片。上述负极制备方法包括：在惰性气氛中，将碳气凝胶和铝或铝合金混合物加热至铝的熔点以上，在800～2000℃保持1～10小时，冷却至室温，制得铝碳气凝胶复合材料，然后烘干裁剪为合适尺寸即得负极片。本专利技术的有益效果如下：硅碳复合正极具有导电性好，能量密度高，安全可靠，价格低廉的优点；负极通过在金属铝中的加热处理，使得碳气凝胶中的无定形碳颗粒在金属铝中发生定向重排，形成了层状碳的结构，提高了其导电力并增大了与电解液的接触面积，有利于电解质溶液在电极材料中的扩散，进而提升了负极的反应活性和容量，同时熔融铝以纳米形态在碳气凝胶三维网络骨架中的连通孔道内渗透、扩散，进一步提升了铝负极的活性和容量。由此制备的二次铝电池循环性能稳定。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。下面的实施例描述了本专利技术的几种实施方式，它们仅是说明性的，而非限制性的。实施例1正极活性物质制备：将2kg质量比为3:1的石墨粉与40微米的硅粉在氩气氛围中机械球磨10h，球磨转速为100rpm，制得石墨和硅纳米粉末；然后将500g葡萄糖溶解于2.5L蒸馏水中，加入上述石墨和硅纳米粉末，搅拌均匀；再将上述溶液放入110℃的烘箱干燥6h，自然冷却至室温后，用玛瑙研磨20min，然后放入石墨坩埚，将石墨坩埚放入管式炉，在氩气氛围下以50℃/h的升温速率升至700℃并保温3h，自然降温至室温会，再用玛瑙研磨30min，然后过200目筛子，得到正极活性物质。正极制备：将上述正极活性物质和粘结剂以质量比15:1混合均匀，涂覆于泡沫镍基体上，烘干碾压后裁成适合尺寸的正极片即可。负极制备：将间苯二酚溶于2倍质量的糠醛中形成甲液，再将微量的六次甲基四胺溶于异丙醇中形成乙液。在常温下将甲液滴加到搅拌状态下的乙液中形成有机溶剂预聚体，倒入半密封容器中于80℃条件下凝胶老化36h得到暗红色的中间产物有机醇凝胶。敞开密封盖，于60℃温度下继续干燥12h左右，至气凝胶的质量不再减少，形成有机气凝胶。将有机气凝胶置于真空热压烧结炉中，于900℃真空环境烧结2h，自然冷却至室温，得到黑色块状碳气凝胶。将碳气凝胶和金属铝以1:1的质量比混合，将它们放置在带盖的氧化铝坩埚中，置于管式炉中，在氮气气氛中，加热至铝熔融，再加热至800℃保温3h，冷却至室温，制得铝碳气凝胶复合材料，碾压后裁成适合尺寸的负极片即可。二次铝电池制备：将上述正极片和玻璃纤维隔膜以及负极片卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入氯化铝-盐酸三乙胺离子液体，封口制成二次铝电池。实施例2正极活性物质制备：将4.5kg质量比为8:1的石墨粉与30微米的硅粉在氩气氛围中机械球磨10h，球磨转速为200rpm，制得石墨和硅纳米粉末；然后将500g葡萄糖溶解于5L蒸馏水中，加入上述石墨和硅纳米粉末，搅拌均匀；再将上述溶液放入130℃的烘箱干燥8h，自然冷却至室温后，用玛瑙研磨20min，然后放入石墨坩埚，将石墨坩埚放入管式炉，在氩气氛围下以50℃/h的升温速率升至700℃并保温5h，自然降温至室温会，再用玛瑙研磨50min，然后过200目筛子，得到正极活性物质。正极制备：将上述正极活性物质和粘结剂以质量比8:2混合均匀，涂覆于泡沫镍基体上，烘干碾压后裁成适合尺寸的正极片即可。负极制备：分别将间苯二酚(5.0g)和十六烷基三甲基溴化铵(0.1g)加入到预先配制的甲醛(6.0g)和水(7.0ml)溶液中，充分搅拌至均匀后，将该溶液移全带玻璃塞的磨口锥形瓶中，在85℃的水浴中保温5天，得到半透明的凝胶，取出后在室温下自然干燥2天，然后在红外灯下照射5h，并在110℃干燥5h，再在氮气保护下于800℃恒温3h，即得黑色碳气凝胶。将碳气凝胶和金属铝以1:1的质量比混合，将它们放置在带盖的氧化铝坩埚中，置于管式炉中，在氮气气氛中，加热至铝熔融，再加热至800℃保温3h，冷却至室温，制得铝碳气凝胶复合材料，碾压后裁成适合尺寸的负极片即可。二次铝电池制备：将上述正极片和玻璃纤维隔膜以及负极片卷绕成电芯装入镀镍钢壳，再注入氯化铝-盐酸三乙胺离子液体，封口制成二次铝电池。实施例3正极活性物质制备：将3kg质量比为5:1的石墨粉与50微米的硅粉在氩气氛围中机械球磨8h，球磨转速为400rpm，制得石墨和硅纳米粉末；然后将400g葡萄糖溶解于3L蒸馏水中，加入上述石墨和硅纳米粉末，搅拌均匀；再将上述溶液放入120℃的烘箱干燥5h，自然冷却至室温后，用玛瑙研磨20min，然后放入石墨坩埚，将石墨坩埚放入管式炉，在氩气氛围下以50℃/h的升温速率升至700℃并保温3h，自然降温至室温会，再用玛瑙研磨60min，然后过200目筛子，得到正极活性物质。正极制备：将上述正极活性物质和粘结剂以质量比9:1混合均匀，涂覆于泡沫镍基体上，烘干碾压后裁成适合尺寸的正极片即可。负极制备：以碳酸钠作催化剂，将间苯二酚、甲醛以1:2的摩尔比混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次铝电池，包括正极、负极、隔膜和非水含铝电解液，其特征在于：所述正极为硅碳复合正极，其中正极活性材料为表面包覆碳材料层的石墨烯和硅纳米粉末；所述负极由铝‑碳气凝胶复合材料裁剪而成，其中铝以渗透或扩散的形式分布在碳气凝胶的骨架结构中。

【技术特征摘要】
1.一种二次铝电池，包括正极、负极、隔膜和非水含铝电解液，其特征在于：所述正极为硅碳复合正极，其中正极活性材料为表面包覆碳材料层的石墨烯和硅纳米粉末；所述负极由铝-碳气凝胶复合材料裁剪而成，其中铝以渗透或扩散的形式分布在碳气凝胶的骨架结构中。2.根据权利要求1所述的二次铝电池，其特征在于：所述正极活性物质中碳材料层由葡萄糖或蔗糖热解形成。3.根据权利要求1或2所述的二次铝电池，其特征在于：所述碳材料层的厚度为1-20纳米，碳材料层占正极活性物质的比重为1%-2%。4.根据权利要求1所述的二次铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇光，
申请(专利权)人：南京中储新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32