基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電池和新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2?20nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒(méi)有手性。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。
[0003]鋁的理論能量密度高達(dá)2980mAh/g，僅次于鋰(3682mAh/g)，且化學(xué)活潑性相對(duì)穩(wěn)定，是理想的負(fù)極材料；硫具有1675mAh/g的理論能量密度，是已知能量密度最高的正極材料，二者構(gòu)成的鋁硫電池體系是一種新興的高能量密度電池體系。但是，硫電導(dǎo)率低、循環(huán)性能差等缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其使用。因此，把單質(zhì)硫和導(dǎo)電材料相結(jié)合可以提高材料的導(dǎo)電性能及利用率。單質(zhì)硫和導(dǎo)電金屬接觸，可以提高硫的轉(zhuǎn)化率，垂直生長(zhǎng)的金屬片陣列可以為電子的傳遞提供更良好的導(dǎo)電通道；同時(shí)在金屬片上自然生長(zhǎng)碳納米管陣列材料可以利用碳材料的孔結(jié)構(gòu)負(fù)載大量的硫活性物質(zhì)，減少硫化物的溶解，在金屬片和碳納米管表面包覆導(dǎo)電聚合物后能夠起到限域作用，進(jìn)一步抑制多硫化物的溶解。
[0004]根據(jù)中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01420664854.5公布的一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極片，該正極片是導(dǎo)電基體上生長(zhǎng)金屬納米多孔片后，在金屬片上氣相沉積碳納米管陣列，再外加導(dǎo)電聚合物包覆而得，其中硫活性物質(zhì)負(fù)載于金屬片和碳納米管陣列的表面外壁及金屬片、碳納米管的孔內(nèi)。這種導(dǎo)電性高、倍率性好的復(fù)合正極可被用于二次鋁電池中，用于提高電池的循環(huán)性能和能量密度。這種結(jié)構(gòu)的正極片散熱性能差，有待進(jìn)一步提尚ο
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，包括硫、導(dǎo)電聚合物、碳納米管-鎳陣列、金屬片陣列、導(dǎo)電基體，所述金屬片陣列安裝在所述導(dǎo)電基體上，所述碳納米管-鎳陣列沉積于所述金屬片陣列上，硫負(fù)載于所述金屬片陣列、碳納米管-鎳陣列的外壁及孔內(nèi)壁中，所述導(dǎo)電聚合物包覆于金屬片陣列及碳納米管-鎳陣列外壁上，所述碳納米管-鎳陣列的截面呈“U”型，并在所述碳納米管-鎳陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔Α，所述金屬片陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔Β。
[0008]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，所述金屬片陣列垂直安裝在所述導(dǎo)電基體的上表面，所述導(dǎo)電基體的截面呈矩形。
[0009]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)電基體上開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱槽，相鄰的散熱槽之間的距離相等。
[0010]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，所述散熱孔A和散熱孔B均為圓形孔，且散熱孔A和散熱孔B的直徑相同。
[0011]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型在原有的正極片的碳納米管-鎳陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔A，在金屬片陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔B，在導(dǎo)電基體上開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱槽，能夠提高正極片的散熱效果，增強(qiáng)其使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0014]請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]所述一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，包括硫1、導(dǎo)電聚合物2、碳納米管-鎳陣列3、金屬片陣列4、導(dǎo)電基體5，所述金屬片陣列4安裝在所述導(dǎo)電基體5上，所述碳納米管-鎳陣列3沉積于所述金屬片陣列4上，硫1負(fù)載于所述金屬片陣列4、碳納米管-鎳陣列3的外壁及孔內(nèi)壁中，所述導(dǎo)電聚合物2包覆于金屬片陣列4及碳納米管-鎳陣列3外壁上，所述碳納米管-鎳陣列3的截面呈“U”型，并在所述碳納米管-鎳陣列3上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔A6，所述金屬片陣列4上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔B7，所述導(dǎo)電基體5上開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱槽8，相鄰的散熱槽8之間的距離相等。
[0016]在本實(shí)施例中:所述金屬片陣列4垂直安裝在所述導(dǎo)電基體5的上表面，所述導(dǎo)電基體5的截面呈矩形。
[0017]在本實(shí)施例中:所述散熱孔A6和散熱孔B7均為圓形孔，且散熱孔A6和散熱孔B7的直徑相同。
[0018]在本實(shí)施例中:
[0019]復(fù)合陣列/硫復(fù)合材料的制備:將清洗好的導(dǎo)電基底片(30X 10X 1mm)浸置于配有1.24gC4H6Ni044H20，0.37gNH4F和1.5gC0(NH2)2共50ml水溶液的高壓反應(yīng)釜中。高壓釜經(jīng)密封后，放入到130°C的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中反應(yīng)5h，冷卻至室溫，將長(zhǎng)有堿式碳酸鎳納米片陣列的前驅(qū)體材料的導(dǎo)電基底片取出，用蒸餾水反復(fù)沖洗數(shù)次，干燥備用；將長(zhǎng)有堿式碳酸鎳納米片陣列的前驅(qū)體材料放置于管式爐石英管的中間位置，倒入lmL乙醇和乙二醇的混合溶液于石英管的中的瓷舟中，瓷舟置于石英管的上游區(qū)域；將石英管密封，通入約2min鐘的氬氣，之后在氬氣的保護(hù)下將以15K/min的速率將管式爐升溫至900K并持續(xù)反應(yīng)15min，停止加熱，冷卻后將樣品取出得鎳片/碳納米管復(fù)合陣列；接著，將鎳片/碳納米管復(fù)合陣列和單質(zhì)硫按質(zhì)量比1:8放入聚四氟乙稀反應(yīng)爸中持續(xù)通入氮?dú)?0min排出反應(yīng)器中的空氣；在流動(dòng)氬氣氣氛下把陣列和單質(zhì)硫混合物加熱到250°C左右，保溫12h，使硫擴(kuò)散到陣列的孔隙和壁表面中，冷卻得到陣列/硫復(fù)合材料。
[0020]正極片的制備:采用電化學(xué)法在該復(fù)合材料原位包覆聚苯胺，得到聚苯胺包覆的聚苯胺/Ni片-多壁碳納米管復(fù)合陣列/硫正極片，將制得的正極片干燥截成40mm寬X 15mm長(zhǎng)X0.33mm厚大小。
[0021]電池的制備:將上述正極片和0.16mm厚的隔膜以及用鋁片作為負(fù)極活性材料制成的負(fù)極卷繞成電芯裝入鍍鎳鋼殼，再注入電解液，封口制成二次鋁電池。
[0022]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，包括硫(1)、導(dǎo)電聚合物(2)、碳納米管-鎳陣列(3)、金屬片陣列(4)、導(dǎo)電基體(5)，所述金屬片陣列(4)安裝在所述導(dǎo)電基體(5)上，所述碳納米管-鎳陣列(3)沉積于所述金屬片陣列⑷上，硫⑴負(fù)載于所述金屬片陣列(4)、碳納米管-鎳陣列(3)的外壁及孔內(nèi)壁中，所述導(dǎo)電聚合物(2)包覆于金屬片陣列⑷及碳納米管-鎳陣列⑶外壁上，其特征在于:所述碳納米管-鎳陣列⑶的截面呈“U”型，并在所述碳納米管-鎳陣列(3)上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔A (6)，所述金屬片陣列(4)上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔B (7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，其特征在于:所述金屬片陣列⑷垂直安裝在所述導(dǎo)電基體(5)的上表面，所述導(dǎo)電基體(5)的截面呈矩形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，其特征在于:所述導(dǎo)電基體(5)上開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱槽(8)，相鄰的散熱槽(8)之間的距離相等。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，其特征在于:所述散熱孔A(6)和散熱孔B(7)均為圓形孔，且散熱孔A(6)和散熱孔B(7)的直徑相同。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于鎳/碳納米管復(fù)合陣列的正極極片，包括硫、導(dǎo)電聚合物、碳納米管-鎳陣列、金屬片陣列、導(dǎo)電基體，所述金屬片陣列安裝在導(dǎo)電基體上，碳納米管-鎳陣列沉積于金屬片陣列上，硫負(fù)載于所述金屬片陣列、碳納米管-鎳陣列的外壁及孔內(nèi)壁中，導(dǎo)電聚合物包覆于金屬片陣列及碳納米管-鎳陣列外壁上，碳納米管-鎳陣列的截面呈“U”型，并在碳納米管-鎳陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔A，金屬片陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔B。本實(shí)用新型在原有的正極片的碳納米管-鎳陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔A，在金屬片陣列上均勻開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱孔B，在導(dǎo)電基體上開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱槽，能夠提高正極片的散熱效果，增強(qiáng)其使用壽命。
【IPC分類】H01M4/36, H01M10/613, H01M4/583
【公開(kāi)號(hào)】CN205028961
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520832979
【發(fā)明人】馬偉斌, 張權(quán)
【申請(qǐng)人】惠州集越納米材料技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年10月22日