[发明专利]复合材料及其制备方法、正极材料及水系铝离子电池

说明书

本发明提供了一种复合材料及其制备方法、正极材料及水系铝离子电池。该复合材料包括二氧化钒以及包覆于二氧化钒的聚吡咯包覆层。聚吡咯是一种高分子材料，具有优良的导电性、可逆的电化学氧化还原特性以及较强的电荷储存能力，且在空气和水中的稳定性较好。同时包覆的聚吡咯缓减了二氧化钒在嵌锂、脱锂过程中的体积膨胀效应，从而延缓了活性物质的粉化、脱落的几率，进而提高了水系铝离子电池的循环性能、倍率性能。且上述原料来源广泛，成本较低。

技术领域

本发明涉及水系铝离子电池技术领域，具体而言，涉及一种复合材料及其制备方法、正极材料及水系铝离子电池。

背景技术

随着国民经济的发展，我国对绿色能源的需求愈发迫切。发展太阳能、风能和水能等可再生能源是能源供应的重要支撑。在各种储能技术中，可充电电池被认为是最可行的方法之一。锂离子电池由于其较高的能量密度，良好的循环稳定性在便携式储能和电动汽车领域得到了广泛应用。但由于其安全性低和成本较高等问题，开发可替代锂离子电池的二次金属离子电池尤为重要。

其中水系铝离子电池具有更高的安全系数、离子导电率以及较低的价格受到广泛关注。但目前所知可用于水系铝离子电池的电极材料较少，且电极材料对应水系铝离子电池的循环性能、倍率性能均有待提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合材料及其制备方法、正极材料及水系铝离子电池，以解决现有技术中的水系铝离子电池的循环性能和倍率性能较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合材料，该复合材料包括二氧化钒以及包覆于二氧化钒的聚吡咯包覆层。

进一步地，上述二氧化钒与聚吡咯包覆层的质量比为1.0:0.1～1.0，优选二氧化钒与聚吡咯包覆层的质量比为1.0:0.5～1.0。

根据本发明的另一个方面，提供了一种复合材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将二氧化钒、吡咯单体以及分散剂进行混合，得到混合物；步骤S2，将氧化剂加入到混合物中进行聚合反应，得到复合材料，该复合材料中的聚吡咯包覆层包覆于二氧化钒的表面。

进一步地，上述吡咯单体与二氧化钒的质量比为0.1～1.0:1.0，优选为0.5～1.0:1.0，进一步地优选二氧化钒的D50粒径为20～100nm。

进一步地，上述氧化剂选自过硫酸铵、氯化铁、H₂O₂中的任意一种或多种，优选过硫酸铵以过硫酸铵溶液的形式加入，优选过硫酸铵溶液与二氧化钒的质量比为1～5:1。

进一步地，上述过硫酸铵溶液的加入速度为0.04～2.4mL/min。

进一步地，上述聚合反应的温度为0～5℃，优选聚合反应的时间为6～24h。

进一步地，上述混合物的固含量为0.5～5％，优选分散剂选自水、乙醇、丙酮中的任意一种或多种。

根据本发明的另一方面，提供了一种正极材料，该正极材料包括复合材料，该复合材料为前述的复合材料。

根据本发明的又一方面，提供了一种水系铝离子电池，包括正极与负极，该正极包括正极材料，该正极材料为前述的正极材料。

应用本发明的技术方案，聚吡咯是一种高分子材料，具有优良的导电性、可逆的电化学氧化还原特性以及较强的电荷储存能力，且在空气和水中的稳定性较好。同时包覆的聚吡咯缓减了二氧化钒在嵌锂、脱锂过程中的体积膨胀效应，从而延缓了活性物质的粉化、脱落的几率，进而提高了水系铝离子电池的循环性能、倍率性能。且上述原料来源广泛，成本较低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：