[發明專利]一種鋁離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201410115329.2
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103825045A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 焦樹強;王偉;胡麗文;孫禾;孫浩博;趙飛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于離子電池及其制備領域，尤其涉及一種新型超價離子電池體系的制備技術，特別涉及一種基于鋁離子嵌入和脫嵌的超價離子電池及其制備方法。

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背景技術

當前，煤炭、石油和天然氣等不可再生化石燃料日益枯竭，環境污染和溫室效應日益加劇，能源危機和環境保護成為世界面臨的兩大難題。因此，開發新型綠色能源和儲能設備越來越引起人們的注意。鋰離子電池作為新型儲能裝置，因其具有自放電小、比容量高、循環性能好和環境友好等優點，越來越受到研究者的青睞，并被視為未來電動汽車、儲能電站等大規模儲能電池的主要選擇。然而，地球上的鋰資源是有限的，其昂貴的成本阻礙了其大規模應用。因此，發展資源豐富，成本低廉的新型電池體系，是解決未來大規模能源存儲系統的趨勢。鋁元素在地殼中的儲量十分豐富，其開采成本很低，價格便宜，基于鋁離子嵌入和脫嵌的超價離子電池有望用于大規模儲能設備。此外，一個鋁離子可以轉移三個電子，使得其比容量有望得到很大提升。目前有報道的相關電池體系很少，其比容量低，循環性能差，不利于商業化應用。因此，開發出比容量較高，循環性能優良的新型超價離子電池，具有十分重要的理論意義和商業價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種可取代鋰離子電池的新型電池體系，即超價離子電池體系及其制備方法，實現了超價離子電池的高容量充放電，并且循環壽命長。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

本發明涉及一種鋁離子電池，其包含正極、負極和鋁離子電解質，其中正極為過渡族金屬氧化物、負極為高純鋁。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，鋁離子電解質為液態時，電池中包含隔膜材料。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，所述隔膜材料為具有離子通透性的聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料、玻璃纖維材料中的一種。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，所述鋁離子電解質由鹵化鋁和1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種任意比例的混合而成。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，所述鋁離子電解質中鹵化鋁與無機酸鹽的體積比為0.5~2。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，所述正極材料的過渡族金屬氧化物為VO_x、Ta₂O₅、Nb₂O₅、TiO₂、Cr₂O₃、MnO_x、FeO_x、CoO₂、CuO_x、ZnO、MoO₃中的一種或幾種任意比例的混合物。

????所述鋁離子電池的優選技術方案為，所述離子電池的正極集電體為不銹鋼箔、泡沫鎳、碳紙中的一種。

????本發明還涉及上述鋁離子電池的制備方法，包括以下的制備步驟：

1）作為鋁離子電池正極材料的過渡金屬氧化物的制備，過渡金屬氧化物為粉末狀，顆粒大小為10?nm-10?μm；

2）將上述過渡金屬氧化物與導電劑、粘結劑進行混合后，涂布于集電體上，作為正極；

3）將直徑為5-10mm的高純鋁清洗后作為負極；

4）配制含有可自由移動Al³⁺離子液體作為電池的電解質；

5）以過渡金屬氧化物作為電池正極材料，以高純鋁片作為負極材料，離子液體為電解質，在手套箱中裝配電池。

????上述鋁離子電池制備方法的優選方案為，步驟（2）所述的導電劑為乙炔黑、超級碳、碳納米管、碳粉、石墨材料中的一種。

上述鋁離子電池制備方法的優選方案為，步驟（2）所述的粘結劑為聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一種。

進一步，所述步驟2）中，正極的制備中，過渡金屬氧化物用量為30-90?wt%；導電劑為乙炔黑、超級碳、碳納米管、碳粉、石墨等導電碳材料，用量為1-30?wt%；粘結劑為聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏二氟乙烯（PVDF）等，用量為1-20?wt%；粘結劑PVDF可溶解在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，按PVDF與NMP之比為1：10制成；集流體為不銹鋼箔或泡沫鎳。