本發(fā)明屬于電化學(xué)和新能源產(chǎn)品領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合正極和包括該復(fù)合正極的鋁離子電池。
背景技術(shù)：
隨著可移動(dòng)電子和通訊設(shè)備的迅速發(fā)展，二次電池的需求更為迫切，且越來越傾向于密集型、薄型、小型、輕型和高能量密度的電池的開發(fā)，鋁離子電池的開發(fā)應(yīng)用而生。在現(xiàn)有技術(shù)中，鋁硫電池研究較多，但仍然存在很多問題，比如硫基正極材料存在著活性材料損失、導(dǎo)電性差、還原過程產(chǎn)生的中間體多聚硫化物易溶于電解液、部分溶解的多聚硫化物擴(kuò)散到達(dá)金屬鋁負(fù)極表面產(chǎn)生自放電反應(yīng)及沉積在負(fù)極上使其鈍化等等。在發(fā)明專利說明書CN103825045A中公開了一種以過渡金屬氧化物為正極的鋁離子電池，其中過渡金屬氧化物包括VOx、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Cr2O3、MnOx、FeOx、CoO2、CuOx、ZnO、MoO3，負(fù)極為高純鋁，電解液為鹵化鋁和無機(jī)酸鹽，該電池具有高容量充放電、循環(huán)壽命長。
但是，過渡金屬氧化物在充放電過程中由于體積膨脹會(huì)導(dǎo)致正極的損壞，從而使得電池循環(huán)性能降低，且金屬氧化物正極的導(dǎo)電性能有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極及包括該正極的鋁離子電池，使電池的倍率性、導(dǎo)電性和循環(huán)性能得到進(jìn)一步提高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
本發(fā)明公開了一種基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體，其特征在于，正極活性物質(zhì)為金屬氧化物和碳納米管，金屬氧化物可以聚積在碳納米管的表面。
所述的基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極，其中金屬氧化物包括氧化鈦和氧化鐵，金屬氧化物為納米尺寸，尺寸為1-20nm。
上述基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極的制備方法，所述方法是先將碳納米管粉末分散于溶液中，再加入過渡金屬鹽采用微波法在碳納米管表面聚積金屬氧化物，然后清洗烘干并研磨過篩作為正極活性物質(zhì)，混合導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑制備成正極漿料，涂覆于集流體上得到。
其中，過渡金屬鹽為鈦鹽和鐵鹽中的一種，微波溫度為溶液沸點(diǎn)以上，頻率為2赫茲，時(shí)間為1小時(shí)，清洗選用蒸餾水或者醇類。
其中導(dǎo)電劑包括石墨基材料、碳基材料和導(dǎo)電聚合物。石墨基材料包括導(dǎo)電石墨KS6，碳基材料包括Super P、Ketjen黑、乙炔黑或炭黑。導(dǎo)電聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔，或它們的混合物。
粘合劑為聚乙烯醇、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，及其衍生物、混合物或共聚物。
有機(jī)溶劑為乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋喃、水和異丙醇。
集流體為不銹鋼、銅、鎳、鈦、鋁，優(yōu)選為碳涂布的鋁集流體，更容易覆蓋包括正極活性物質(zhì)的涂層，具有較低的接觸電阻，并且可抑制硫化物的腐蝕。
本發(fā)明還公開了一種鋁離子電池，包括含鋁負(fù)極、非水含鋁電解液和正極，其中正極為上述基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極。
上述鋁離子電池，其含鋁負(fù)極包括鋁金屬和鋁合金，其中鋁金屬包括鋁箔和沉積在基材上的鋁，鋁合金包括含有選自Li、Na、K、Ca、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Sn、Pb、Ma、Ga、In、Cr、Ge中的至少一種元素與Al的合金。
上述鋁離子電池，其非水含鋁電解液為有機(jī)鹽-鹵化鋁體系離子液體，有機(jī)鹽的陽離子包括咪唑鎓離子，吡啶鎓離子，吡咯鎓離子，哌啶鎓離子，嗎啉鎓離子，季銨鹽離子，季鏻鹽離子和叔鋶鹽離子，有機(jī)鹽的陰離子包括Cl-，Br-，I-，PF6-，BF4-，CN-，SCN-，[N(CF3SO2)2]-，[N(CN)2]-，鹵化鋁包括氯化鋁、溴化鋁或碘化鋁。
鋁離子電池的制備方法如下：將上述基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極裁剪成0.33mm厚×40mm寬×15mm長的極片，將隔膜裁剪至0.16mm厚，同含鋁負(fù)極片一起卷繞成電芯裝入鍍鎳鋼殼，再注入電解液，封口制成鋁離子電池。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。下面的實(shí)施例描述了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，它們僅是說明性的，而非限制性的。
實(shí)施例1
氧化鈦和碳納米管的制備：將碳納米管粉末加入去離子水中，超聲0.5h分散均勻，然后加入四價(jià)鈦鹽，分散劑乙二醇并攪拌均勻，在200℃，2赫茲頻率微波，1小時(shí)后鈦氧化物均勻聚積于碳納米管表面，取出產(chǎn)物并用蒸餾水或者乙醇反復(fù)清洗，80℃干燥。
實(shí)施例2
氧化鐵和碳納米管的制備：將實(shí)施例1中的鈦鹽用鐵鹽（氯化鐵）代替，溶液其余按照實(shí)施例1中所描述的相同的方法來制備。
實(shí)施例3
制備基于金屬氧化物和碳納米管的復(fù)合正極：將上述實(shí)施例1或者實(shí)施例2中的產(chǎn)物研磨過篩，并與上述導(dǎo)電劑和粘合劑混合，三者重量百分比為7:2:1，加入有機(jī)溶劑異丙醇，制成正極活性漿料，涂覆在0.1-0.2mm厚的泡沫鎳集流體上，烘干碾壓并裁剪成合適的正極片1和正極片2。
實(shí)施例4
鋁離子電池的制備：分別將實(shí)施例3中制備的正極片同0.16mm厚的玻璃纖維非織隔膜以及用鋁粉或鋁箔、鋁合金中的一種作為負(fù)極活性材料制成的負(fù)極卷繞成電芯，裝入鍍鎳鋼殼、不銹鋼殼或鋁殼，再加入非水含鋁電解液，封口制成圓柱形鋁離子電池1和鋁離子電池2。
實(shí)施例5
對實(shí)施例4中制備的鋁離子電池進(jìn)行測試：以1C進(jìn)行充電至2.5V，0.1C放電，放電截止電壓為1.2V。測試結(jié)果如下：電池1開路電壓為1.80V，首次放電容量為890mAh，50次充放電循環(huán)后，容量保持率為76%；電池2開路電壓為1.78V，首次放電容量為883mAh，50次充放電循環(huán)后，容量保持率為77%。
盡管已經(jīng)參照實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求書及其等價(jià)物所述的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對其作出各種修改和替換。