铝离子电池及其正极材料Co制造技术

本发明专利技术涉及储能电池技术领域，公开了一种铝离子电池及其正极材料Co

【技术实现步骤摘要】
铝离子电池及其正极材料CoxSy@MXene
本专利技术涉及储能电池
，特别涉及一种铝离子电池及其正极材料CoxSy@MXene。
技术介绍
近年来，随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严峻，新能源产业越来越受到重视。其中在电化学储能中锂离子电池发展速度较快，但其安全性问题、锂资源储量以及较高的成本限制了它的发展。可充电铝离子电池（AIB）由于具有丰富的铝源，拥有仅次于锂电池的高比容量和高能量密度的特性，可作为新一代大型储能装置。然而，AIB缺乏具有所需容量和长期稳定性的合适正极材料，这严重限制了AIB的实际应用。相对于已报道过的铝离子电池正极材料，包括石墨类（天然石墨，人造石墨，石墨烯，氧化石墨烯等）、聚合物类（聚苯胺，聚噻吩，聚吡咯等）、金属氧化物类（VO2，V2O5，TiO2等）等，过渡金属硫化物（硫化钴、硫化钼等）表现出了优良的电化学性能。如Cheverel相结构的Mo6S8正极活性物质能够很好的可逆嵌脱铝，其首圈放电比容量达148mAh·g-1。又如中国专利技术专利（CN104393290）公开的一种采用MoS2为正极材料的铝离子电池及其制备方法，其电池首圈放电容量可达220mAh·g-1。然而，由于缺乏合理的电极结构，电池循环性能不高。迄今为止尚未报道关于采用MXene原位合成微纳米钴硫化物作为铝离子电池正极的专利。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种铝离子电池及其正极材料CoxSy@MXene，该正极材料可提高可充铝离子电池的比容量和循环稳定性。技术方案：本专利技术提供了一种铝离子电池用正极材料CoxSy@MXene，该正极材料为在MXene基体材料上原位生长微纳米钴硫化物制成，所述微纳米钴硫化物为CoxSy，其中的x＞0，y＞0，所述微纳米钴硫化物的质量占所述正极材料总质量的5%-95%。优选地，所述MXene基体材料通过使用氢氟酸或者盐酸与氟化锂、氟化钠、氟化钾中的一种或几种的混合溶液对MAX(Ti3AlC2、Ti2AlC、Cr2AlC等)材料进行刻蚀制备而得。优选地，所述MXene基体材料的制备步骤具体包括：制备质量分数为30%-70%的浓氢氟酸溶液，或制备摩尔浓度为1-10mol/L的氟化锂、氟化钠、氟化钾中的一种或几种与盐酸的混合溶液A；将MAX材料置于所述浓氢氟酸溶液或任意一种所述混合溶液A中进行刻蚀12-48h，离心洗涤，超声分散1-24h，得到MXene分散液，或者干燥后得到MXene固体材料。所述微纳米钴硫化物的合成方法为水热法，该水热法具体包括以下步骤：将钴盐和硫源加入蒸馏水中制备成混合溶液B，再将所述MXene分散液加入所述混合溶液B中，在100-300℃下水热反应10-40h，离心过滤，冷冻干燥10-40h得到所述正极材料。所述微纳米钴硫化物的合成方法为沉积法，该沉积法具体包括以下步骤：将钴盐和硫源与所述MXene固体材料混合，放入80-300℃管式炉中加热10-40h，得到所述正极材料。所述微纳米钴硫化物为以下任意一种或其组合：CoS2，CoS，Co9S8。本专利技术还提供了一种铝离子电池，其正极为上述权利要求1至6中任一项所述的正极材料CoxSy@MXene与聚四氟乙烯和导电碳以质量比为（6~8）:（3~1）:1的比例均匀固定在惰性金属箔片集流体上制作成的薄片，负极为纯度大于97%的金属铝或金属铝与铜、银、锌、镍、铅、锡、铋、铁中任一种或多种元素组成的合金，离子电解液为含有可自由移动的AlCl4-或Al2Cl7-离子的咪唑离子液体电解液；正负极之间用隔膜隔开，所用电池组件由铝塑膜包封。优选地，所述咪唑离子液体电解液为无水氯化铝（AlCl3）与1-乙基-3-甲基咪唑盐(MEICl)、1-甲基-3-乙基咪唑盐(MEICl)、1,2-二甲基-3-丙基咪唑盐(DMPrICl)或1-丁基-3-甲基咪唑盐(BMICl)的混合物。优选地，所述无水氯化铝与1-乙基-3-甲基咪唑盐、1-甲基-3-乙基咪唑盐、1,2-二甲基-3-丙基咪唑盐或1-丁基-3-甲基咪唑盐之间的摩尔比为1.1-1.6:1。优选比例为1.3:1。优选地，所述惰性金属箔片为钼片、钛片、钽片、金片或铂族金属片。有益效果：本专利技术中的铝离子电池正极材料是直接在MXene材料上原位合成微纳米钴硫化物（粒径10纳米-5微米）制成，提高纳米微纳米钴硫化物在MXene基体材料上的分散性，细化晶粒，可以有效的提高导电性，并充分发挥微纳米钴硫化物的实际容量；MXene基体材料为正极活性物质，具有导电性好，结构稳定的特点，微纳米钴硫化物提供可靠的导电基体，有效改善正极活性物质损失的问题，提高导电性，提高循环性能，并且可以使微纳米钴硫化物在基体上均匀分散，提高性能稳定性；发挥MXene基体材料和微纳米钴硫化物的协同作用，提高铝离子电池的比容量和循环稳定性，使用该正极材料制备的铝离子电池，具有价格低、循环稳定，电压窗口宽，清洁环保、安全性高等许多优点，可以运用在电子工业，通讯产业，能源储备等众多领域。附图说明图1为实施方式1制备的复合材料SEM图；图2为实施方式1制备的铝离子电池循环性能和充放效率图；图3为实施方式2制备复合材料SEM图；图4为实施方式2制备的铝离子电池循环性能和充放效率图；图5为实施方式3制备的复合材料SEM图；图6为实施方式3制备的铝离子电池循环性能和充放效率图；图7为实施方式4制备复合材料SEM图；图8为实施方式4制备的铝离子电池循环性能和充放效率图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的介绍。实施方式1：将25ml浓度为7.5mol/L的盐酸，4.68g氟化锂与15ml蒸馏水配置成共40ml的混合溶液A。再将1g的MAX(Ti3AlC2)原料倒入混合溶液A中搅拌（300r/min），35℃水浴刻蚀48h；完成后进行离心清洗（4000r/min），直至水洗清液PH＞6（不影响电池性能）。充入氩气1min（防止氧化），超声分散1h。倒出悬浊液，离心清洗（2000r/min）10min，得到MXene分散液，置于冰箱保存。将0.49815g四水合乙酸钴和0.3162g无水硫代硫酸钠加入40ml蒸馏水中，混合均匀得混合溶液B，然后向混合溶液B中加入40mlMXene分散液，搅拌均匀。将混合液进行180℃，24h的水热反应。室温冷却，沉淀分离，离心清洗数次，冷冻干燥24h后得到正极材料CoxSy@MXene。该正极材料的SEM图如图1所示，可见CoxSy分布在MXene片层上。将正极材料、PTFE和导电碳以质量比8:1:1的比例，总质量0.2g在无水乙醇中进行研磨混合。完成后，将混合材料压成80-100μm的薄片制作成正极极片。把干燥好的正极贴在1.5cm×5cm大小、100μm厚的钼片集流体上，得到正极部分。把100μm厚的高纯铝片裁剪成1.5cm×5cm大小，在裁剪之后需要使用砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝离子电池用正极材料Co

【技术特征摘要】
1.一种铝离子电池用正极材料CoxSy@MXene，其特征在于，该正极材料为在MXene基体材料上原位生长微纳米钴硫化物制成，所述微纳米钴硫化物为CoxSy，其中的x＞0，y＞0，所述微纳米钴硫化物的质量占所述正极材料总质量的5%-95%。


2.根据权利要求1所述的铝离子电池用正极材料CoxSy@MXene，其特征在于，所述MXene基体材料通过使用氢氟酸或者盐酸与氟化锂、氟化钠、氟化钾中的一种或几种的混合溶液对MAX材料进行刻蚀制备而得。


3.根据权利要求2所述的铝离子电池用正极材料，其特征在于，所述MXene基体材料的制备步骤具体包括：
制备质量分数为30%-70%的浓氢氟酸溶液，或制备摩尔浓度为1-10mol/L的氟化锂、氟化钠、氟化钾中的一种或几种与盐酸的混合溶液A；
将MAX材料置于所述浓氢氟酸溶液或任意一种所述混合溶液A中进行刻蚀12-48h，离心洗涤，超声分散1-24h，得到MXene分散液，或者干燥后得到MXene固体材料。


4.根据权利要求3所述的铝离子电池用正极材料CoxSy@MXene，其特征在于，所述微纳米钴硫化物的合成方法为水热法，该水热法具体包括以下步骤：
将钴盐和硫源加入蒸馏水中制备成混合溶液B，再将所述MXene分散液加入所述混合溶液B中，在100-300℃下水热反应10-40h，离心过滤，冷冻干燥10-40h得到所述正极材料。


5.根据权利要求3所述的铝离子电池用正极材料CoxSy@MXene，其特征在于，所述微纳米钴硫化物的合成方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩倩，刘钟升，温合静，苗果，杨建红，乔佳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32