一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電池和新能源產(chǎn)品領(lǐng)域，具體涉及一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù) 極。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)電極材料相比，元素鋁與硫均具有理論能量密度大、資源豐富、價(jià)格低 廉、對(duì)環(huán)境友好、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。金屬鋁理論能量密度高達(dá)2980mAh/g，僅次于金屬鋰 (3682mAh/g)，體積比容量為8050mAh/cm3,約為鋰（2040Ah/cm3)的4倍，且化學(xué)活潑性相對(duì) 穩(wěn)定，是理想的負(fù)極材料；元素硫也具有較大的理論能量密度（1670mAh/g)，是已知能量密 度最大的正極材料。因此，鋁硫電池從各方面來(lái)說(shuō)都是一種價(jià)格低廉、能量密度高、使用安 全的理想電池。
[0003] 金屬鋁是一種非?；顫姷慕饘?，表面形成的鈍化膜(氧化膜）較為致密，在電化學(xué) 充放電過(guò)程中影響了電化學(xué)沉積-溶出效率，使得鋁的利用率低，嚴(yán)重制約了電池容量的 發(fā)揮。雖然通過(guò)合金化等手段，使鋁表面鈍化膜受到抑制、電性能得到較大改善，但犧牲了 鋁電極的工作電位和倍率放電性能。因此，相關(guān)研宄人員一直在嘗試制備一種表面不存在 或較少鈍化膜薄層的鋁電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一）發(fā)明目的
[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本方案提供了一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極。該負(fù) 極使用的鋁為采用電化學(xué)方法沉積出的電沉積鋁，表面無(wú)鈍化膜，活性高，在電化學(xué)充放電 過(guò)程中電化學(xué)沉積-溶出效率高，可以更大程度上發(fā)揮出電池容量。該負(fù)極涂層使用的石 墨烯是一種準(zhǔn)二維晶格結(jié)構(gòu)的碳素類(lèi)材料，具有的超高比表面積，具有強(qiáng)烈的吸附作用，可 吸附、隔離充放電過(guò)程中正極產(chǎn)生的小分子硫化物等中間產(chǎn)物，防止負(fù)極鈍化，提高電池循 環(huán)性能及使用壽命。
[0006](二）技術(shù)方案
[0007] 本實(shí)用新型提供了一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，包括：
[0008] (1)集流體；
[0009] (2)沉積在所述集流體兩側(cè)的電沉積鋁層；
[0010] (3)涂覆在所述電沉積鋁層上的石墨烯層。
[0011] 方案所述負(fù)極中，所述集流體包括碳纖維、石墨、玻態(tài)碳、鈦、鎳、不銹鋼、鐵、銅、 鋁、鋅、鉛、猛、鎘、金、銀、鉬、鉭、鶴、娃、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠中的任一種。
[0012] 方案所述鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極中，所述電沉積鋁層的厚度為10微米?500 微米；所述石墨稀層厚度為〇. 1微米?30微米。
[0013] 方案所述鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極中，所述石墨烯層包括石墨烯和粘結(jié)劑。
[0014] 方案所述鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極中，所述粘結(jié)劑包括為聚乙烯醇、聚四氟乙 烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、氟化橡膠和聚氨酯、聚乙烯基 吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酰胺、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚丙烯 酸，或者它們的衍生物、共聚物中的任一種。
[0015] -種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極的制備方法：
[0016] 步驟1，制備電沉積鋁
[0017] 含鋁電解液(鋁可沉積）中，以集流體為陰極，恒電流或恒電勢(shì)電解制備電沉積鋁。 沉積完成后，惰性氣體保護(hù)下烘干陰極材料，冷卻制得集流體-電沉積鋁材料。
[0018] 步驟2,制備石墨烯涂層負(fù)極
[0019] 將石墨稀、粘結(jié)劑混合均勾制成石墨稀衆(zhòng)料，涂于集流體-電沉積錯(cuò)材料表面，惰 性氣體保護(hù)下烘干，冷卻制得石墨烯涂層負(fù)極。
[0020] (三）有益效果
[0021] 本實(shí)用新型提供的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] (1)本實(shí)用新型提供的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極中，所用電沉積鋁表面無(wú)鈍化 膜，活性高，在電化學(xué)充放電過(guò)程中電化學(xué)沉積-溶出效率高，鋁的利用率高，可以更大程 度上發(fā)揮出電池容量。
[0023] (2)本實(shí)用新型提供的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極中，所用的石墨烯是一種準(zhǔn)二 維晶格結(jié)構(gòu)的碳素類(lèi)材料，具有的超高比表面積，具有強(qiáng)烈的吸附作用，可吸附、隔離充放 電過(guò)程中正極產(chǎn)生的小分子硫化物等中間產(chǎn)物，防止負(fù)極鈍化，提高了電池的循環(huán)性能及 使用壽命。
[0024] (3)本實(shí)用新型提供的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本實(shí)用新型所述的一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 其中1為集流體，2為電沉積鋁層，3為石墨烯層。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō) 明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。下面的實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的幾種 實(shí)施方式，它們僅是說(shuō)明性的，而非限制性的。
[0028] 如圖1所示，本【具體實(shí)施方式】所述的一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，包括集流 體1、電沉積鋁層2和石墨烯層3。其中，電沉積鋁層2通過(guò)電化學(xué)方法沉積在集流體1兩 偵牝石墨烯層3涂覆在電沉積鋁層2上。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 制備電沉積鋁用"氯化鋁-氫化鋰鋁-四氫呋喃-苯"電解液：
[0031] "氯化鋁-氫化鋰鋁-四氫呋喃-苯"電解液中，氯化鋁和氫化鋰鋁的摩爾比為 3: 1，氯化鋁濃度約為0. 9mol/L，苯的體積分?jǐn)?shù)約為40%。
[0032] ①制備氫化鋰鋁-四氫呋喃溶液
[0033] 惰性氣體保護(hù)下，將0. 03mol氫化鋰鋁溶于45ml四氫呋喃中，攪拌12小時(shí)，制得 氫化鋰鋁-四氫呋喃溶液，溶液為乳白色濁液。
[0034] ②制備氣化錯(cuò)_四氛咲喃-苯溶液
[0035] 惰性氣體保護(hù)下，將0. 09mol無(wú)水氯化鋁加入到40ml苯中，攪拌情況下緩慢滴加 入15ml四氫呋喃，隨著四氫呋喃的加入，不溶的氯化鋁逐漸溶解，攪拌6小時(shí)，制得氯化 鋁-四氫呋喃-苯溶液，溶液呈淺茶色。
[0036] ③制備氯化鋁-氫化鋰鋁-四氫呋喃-苯電解液
[0037] 惰性氣體保護(hù)下，將上述氫化鋰鋁-四氫呋喃溶液緩慢滴加到氯化鋁-四氫呋 喃-苯溶液中，攪拌12小時(shí)，即制得氯化鋁-氫化鋰鋁-四氫呋喃-苯電解液。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] (1)制備電沉積鋁
[0040] 上述"氯化鋁-氫化鋰鋁-四氫呋喃-苯"電解液中，以0. 5mm厚不銹鋼為陰極， 銅絲為陽(yáng)極，電流密度為5mA/cm2,恒電流電解，控制電沉積鋁層厚度為50微米。電沉積完 成后，惰性氣體保護(hù)下烘干陰極材料，制得不銹鋼-電沉積鋁材料。
[0041] (2)制備石墨烯涂層負(fù)極
[0042] 將石墨稀、粘結(jié)劑PVDF按比例（質(zhì)量比7:1)混合均勾制成石墨稀衆(zhòng)料，涂于上述 不銹鋼-電沉積鋁材料表面，控制石墨烯涂層厚度為10微米，氮?dú)獗Ｗo(hù)下120°C烘干，冷卻 制得石墨烯涂層負(fù)極(不銹鋼基底)。
[0043] 實(shí)施例3
[0044] 步驟（1)中，控制電沉積鋁層厚度為250微米，其他同實(shí)施例2,制得石墨烯涂層負(fù) 極。
[0045] 實(shí)施例4
[0046] 步驟（2)中，控制石墨稀涂層厚度為20微米，其他同實(shí)施例2,制得石墨稀涂層負(fù) 極。
[0047] 對(duì)比例
[0048] 以高純鋁片代替石墨烯涂層負(fù)極。
[0049] 以介孔碳-硫復(fù)合材料(硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%)為正極材料，加入導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑 PVDF(比例為7:2:1 )，制成活性材料漿涂于0. 6mm厚的泡沫鎳基體上，烘干碾壓至0. 33毫 米裁成40mm寬X15mm長(zhǎng)的極片，和0? 16mm厚的玻璃纖維非織隔膜以及實(shí)施例2、3、4、對(duì)比 例制作的負(fù)極(裁成40mm寬X15mm長(zhǎng)）卷繞成電蕊裝入鍍鎳鋼殼，再注入氯化鋁-鹽酸三 乙胺離子液體，封口制成AA型二次鋁電池。
[0050] 對(duì)所制電池進(jìn)行充放電循環(huán)測(cè)試，以IC充電至2. 2V，0. 5C放電，放電截止電壓為 1.2V，測(cè)試結(jié)果如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，包括： (1) 集流體； (2) 沉積在所述集流體兩側(cè)的電沉積鋁層； (3) 涂覆在所述電沉積鋁層上的石墨烯層。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，其特征在于，所述集流體包括碳 纖維、石墨、玻態(tài)碳、鈦、鎳、不銹鋼、鐵、銅、鋁、鋅、鉛、錳、鎘、金、銀、鉑、鉭、鎢、硅、導(dǎo)電塑 料、導(dǎo)電橡膠中的任一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，其特征在于，所述電沉積鋁層的 厚度為10微米?500微米；所述石墨稀層厚度為0. 1微米?30微米。
4. 如權(quán)利要求1所述的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，其特征在于，所述石墨烯層包括 石墨稀和粘結(jié)劑。
5. 如權(quán)利要求4所述的鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括聚 乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、氟化橡膠和聚 氨酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酰胺、聚丁二烯、聚異 戊二烯、聚丙烯酸，或者它們的衍生物、共聚物中的任一種。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公布了一種鋁硫電池用石墨烯涂層負(fù)極，包括：①集流體；②沉積在所述集流體兩側(cè)的電沉積鋁層；③涂覆在所述電沉積鋁層上的石墨烯層。該負(fù)極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、鋁電化學(xué)沉積-溶出效率高、鋁利用率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H01M4-134
【公開(kāi)號(hào)】CN204315663
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420671637
【發(fā)明人】趙宇光, 駱建洲
【申請(qǐng)人】南京中儲(chǔ)新能源有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年11月12日