[发明专利]一种高容量铝离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量铝离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将无水五氯化铌粉末置于管式炉中，加热3～5h，冷却至室温，收集白色固体产物；将上述产物与聚偏氟乙烯和乙炔黑混合研磨；然后加入1‑甲基‑2‑吡咯烷酮进行搅拌，制得浆料，将浆料涂在钼箔上，真空烘干，即得到所述的铝离子电池正极材料。本发明采用很简单的方法合成了五氧化二铌纳米管，以无水氯化铌作为原料，在空气氛中一步化学气相沉积得到；作为铝离子电池正极材料，该电池体现出了非好的电化学性能。

技术领域

本申请涉及电化学储能技术领域，具体而言，涉及一种高容量铝离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，化石燃料的使用和消耗所导致的温室气体的大量排放和空气污染问题引起了人们广泛的关注。为此，人们开始探索可持续的清洁能源，例如：太阳能、风能、潮汐能等。但是这些能源在时间和空间上分布不均，因此需要发展新型高效的能量存储设备配合使用。常见的新型储能设备主要有锂电池、钠电池、液流电池和超级电容器等。这些储能器件可以通过电化学过程将化学能可逆地转变为电能，从而突破时间和空间的限制，不间断地持续提供清洁能源。近年来，各种电化学储能器件已被广泛用于便携电子设备、电动汽车及智能电网的峰值储电等，可以降低人类对不可再生化石能源的过度依赖程度，减少二氧化碳及相关污染物的排放，缓解能源和环境的压力。因此,寻找高能量密度与功率密度、安全、低成本的能量存储装置已经成为人类的共识。

从上个世纪90年代以来，以石墨为负极，钴酸锂或者磷酸铁锂为正极的锂离子电池得到了空前地发展，迅速在电子设备、电动汽车等领域占据大部分市场。然而实际应用也暴露了锂电池的很多缺陷，例如：1.金属锂性质活泼，遇水易燃，电池循环过程的锂枝晶问题以及常用锂电池电解液大多含有有机溶剂导致锂电池安全性不高；2.锂矿资源相对匮乏且分布不均导致了锂电池的成本居高不下，很难应用到电网等大规模储能设备上；而且锂电池的广泛应用已经导致了锂矿资源价格飞速上涨。从可持续发展的角度看，利用地壳丰度高的元素发展低成本、高容量、长循环稳定和安全的锂电池替代产品势在必行。

近年来，因为矿物资源丰富，非锂电池如钠、镁、铝电池的研究逐渐受到了人们的关注。尤其是钠电池，因为与锂有很多相似的电化学性质，许多锂电池的成功经验都能够被借鉴应用到钠电池上。因此钠电池被人们寄予厚望，但是值得指出的是，目前不论是钠电池还是镁电池，充放电容量和循环性能都无法与锂电池相提并论。相对于其他电池，铝电池有较多优势，例如：1.金属铝是自然丰度最高的金属元素以及地壳中含量第三高的元素，成本低廉；2.三电子转移的氧化还原反应使得铝电池具有很高的理论容量(2980A h kg^-1或8046A h L^-1)；3.金属铝在空气中可以稳定存在的性质也保证了铝电池优越的安全性能。

然而在过去的研究中，人们发现在水系电解质中，金属铝表面易形成致密氧化膜且易水分解等，从而限制水系铝电池的应用。在离子液体体系下，铝电池也会遇到了正极材料的分解以及循环寿命差等问题。Hongjie Dai和合作者报道了热解石墨和三维石墨作为铝电池正极材料，构建了循环性能和倍率性能优异的铝离子电池。遗憾的是石墨或石墨烯基铝电池的比容量仅有60-120mAh g^-1。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本申请提供了一种高容量铝离子电池正极材料的制备方法。

具体的，包括如下步骤：将无水五氯化铌粉末置于管式炉中，加热3～5h，冷却至室温，收集白色固体产物；将上述产物与聚偏氟乙烯和乙炔黑混合研磨；然后加入1-甲基-2-吡咯烷酮进行搅拌，制得浆料，将浆料涂在钼箔上，真空烘干，即得到所述的铝离子电池正极材料。

进一步的，包括如下步骤：将无水五氯化铌粉末置于管式炉中，在40～60sccm、500～700℃下的空气流中加热3～5h，冷却至室温，收集白色固体产物；将上述产物与聚偏氟乙烯和乙炔黑混合研磨；然后加入1-甲基-2-吡咯烷酮进行搅拌，制得浆料，将浆料涂在钼箔上，在90～95℃下真空烘干，即得到所述的铝离子电池正极材料。