[发明专利]可充电铝硫电池及其制备方法

权利要求书

1.一种可充电铝硫电池，由正极、负极、电解液、隔膜，正极由正极活性材料、导电剂、粘结剂、有机溶剂和用于导电的集流体构成，其特征在于，

负极采用金属铝或铝合金，形态为粉、丝、网、片、箔、泡沫中的任一种作为负极材料；

电解液选自卤化铝同季铵盐或季磷盐或季硫盐中任一种所形成的卤铝酸离子液体；

正极其中的正极活性材料为碳硫复合材料或聚多硫环戊二烯，其它材料为常规的正极材料。

2.如权利要求1所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的电解液为氯化铝同季铵盐形成的氯铝酸离子液体。

3.如权利要求2所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的电解液为氯化铝-苯基三甲基氯化铵离子液体。

4.如权利要求1所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的正极活性材料聚多硫环戊二烯由以下方法制备：

将无水硫化钠与升华硫按照1∶1-1∶6的摩尔比混合后，按照250mL/mol的比例将升华硫加入N，N-二甲基甲酰胺中，在室温下搅拌2小时，然后升温至40-120℃继续搅拌12小时，惰性气体保护，得到多硫化钠溶液，在50-150℃温度下，按照摩尔比Na∶Cl＝1∶1的比例，将六氯环戊二烯加入多硫化钠溶液中，保持温度，搅拌使反应进行24小时，反应结束后经洗涤，抽滤得到聚多硫环戊二烯产物，再经80℃真空干燥24小时后得到聚多硫环戊二烯粉末。

5.如权利要求1所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的正极活性材料碳硫复合材料由以下方法制备：

将活性炭和单质硫以质量比1∶3的比例混合后置于球磨罐中，以球料比1∶1的比例，转速200r/min进行球磨6h，然后置于电阻炉内，氩气保护的条件下，350℃加热复合3h，自然冷却后得到碳硫复合材料。

6.如权利要求1所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的负极材料为泡沫铝，由以下方法制得：

选用有机泡沫材料作为基底材料，经脱脂、去油、去除应力的预处理后，再经离子化处理，放在化学镀铜液或镀镍液中化学镀上一层铜导电表面层或镍导电表面层，或将基底材料进行预处理后，用涂敷导电胶的方法予以处理，通过上述导电化处理后的基底材料作为阴极放入含铝盐的有机电解液或含铝离子的离子液体的电镀槽中，以金属铝片作为阳极，用直流、脉冲电镀法电沉积铝，电解液温度控制在20～150℃；电沉积时间30～200分钟，电镀电流密度选择为0.001A～0.1A/cm²；电沉积时间1～3小时，电镀电流密度选择为0.005A～0.05A/cm²；电沉积时间1～2小时，电镀电流密度选择为0.005A～0.01A/cm²，电镀过程中不断搅拌电解液，电镀得到泡沫铝后，在真空中热处理；

热处理的过程包括以下连续的两步：第一步为在空气气氛中，燃烧分解、去除作为基体的有机泡沫，热处理温度200～800℃左右，时间5～120分钟；第二步为在氢气作为还原性气氛保护下，对热解过的泡沫铝热处理温度300～800度，时间10～120分钟，冷却后即得所需的泡沫铝负极材料。

7.如权利要求1所述的可充电铝硫电池，其特征在于，所述的导电剂选自活性炭、碳黑、乙炔碳黑、超级碳黑(Super-P)、石墨、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩中的任一种或任几种的组合使用；

所述的粘结剂选自聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚苯乙烯，或者它们的衍生物、共聚物中的任一种或任几种的混合物；

所述的有机溶剂选自乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇中的任一种；

所述的集流体选自不锈钢、碳、铜、铝、镍的导电材料中的任一种，形态选自金属的泡沫、网、箔、片形态中的一种或碳纤维布。

8.如权利要求1所述的可充电铝硫电池的制备方法，其特征在于，步骤为：

第一步，正极活性材料浆料的制备：按照重量比正极活性材料∶导电剂∶粘结剂为6-8∶1-3∶0.5-1.5的比例，以聚多硫环戊二烯或碳硫复合材料为正极材料，加入导电剂和粘结剂，在有机溶剂中混合均匀后制成正极活性材料浆料；

第二步，将第一步制成的聚多硫环戊二烯正极活性材料浆料或碳硫复合材料的正极活性材料浆料涂在集流体上，烘干碾压成正极片，然后将正极片玻璃纤维非织隔膜以及金属铝或铝合金制得的负极片卷绕成电蕊装入镀镍钢壳中，再加入卤铝酸离子液体作为电解液，封口制成圆柱二次铝电池或AA型圆柱二次铝电池。