[發明專利]一種低溫無機熔鹽鋁離子超級電容電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201610007015.X
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105632780A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 焦樹強;宋陽;王俊香;李海濱
• 申請（專利權）人: 北京金呂能源科技有限公司;甘肅鑫呂能源材料有限公司;北京科技大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/56;H01G11/84
• 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

本發明屬于新型綠色能源電池應用于電子產業、通信產業及電動車動力電池等領域，尤其涉及一種低溫無機熔鹽鋁離子超級電容電池及其制備方法。

背景技術

近年來，環境污染和溫室效應日益加劇，煤炭、石油和天然氣等不可再生化石燃料日益枯竭，能源危機和環境保護成為世界面臨的兩大難題。因此，開發并利用清潔可再生能源成為了當前研究的熱點，其中電能因其處于多種能源轉換的核心階段而成為了整個可再生能源開發和利用的關鍵。自日本SONY公司成功推出鋰離子電池以來，鋰離子電池便迅速在電子產品、動力能源、軍事領域等多方面得到了廣泛的應用，目前二次電池仍然以鋰離子電池為主。但是由于鋰資源的局限導致成本昂貴以及較大的安全隱患限制了鋰離子電池的進一步發展。要將鋰離子電池大規模應用于風能、太陽能以及潮汐能等綠色環保能源的能量轉換與儲存幾乎是不可能完成的任務。另外，鋰離子電池因負極枝狀晶的生成所存在的安全隱患使得人們一直在尋求新的電池體系。近來，低溫熔鹽二次電池進入了人們的視線。相對于常溫離子電池，低溫熔融鹽二次電池離子遷移率快，電極極化小、有利于能量的高效率儲存與轉換。本發明采用原料廣泛且成本低廉的石墨以及過渡金屬硫化物和金屬鋁作為電池正、負極，采用含鋁離子的熔融鹵化物為電解質，可有效并大規模應用于多種可再生清潔能源的儲存于利用。

焦樹強等在2013年采用過渡金屬氧化物作為鋁離子電池正極材料，這也是首次提出超價電池的概念。研究發現，盡管其電位平臺較低，但起有較高的比容量和穩定的循環性能（WangW,JiangB,XiongW,etal.Anewcathodematerialforsuper-valentbatterybasedonaluminiumionintercalationanddeintercalation[J].Scientificreports,2013,3）。

焦樹強等在2014年申請了中國發明專利No.CN201410419495.1報道了采用石墨類碳質材料作為鋁離子電池的正極材料，高純鋁為負極材料的一種可充電鋁離子二次電池，該團隊對此類電池進行了一系列相關的研究工作，采用碳紙作為鋁離子電池正極材料，循環100圈后，其剩余比容量高達66.92mAhg^-1，而且有較高的循環穩定性能（文獻：SunH,WangW,YuZ,etal.Anewaluminium-ionbatterywithhighvoltage,highsafetyandlowcost[J].ChemicalCommunications,2015,51(59):11892-11895）。最近，斯坦福大學的Dai等人發表在《Nature》雜志上的一篇名為“一種超快可充電鋁離子電池”的文章再次引起了廣泛的關注（文獻：LinMC,GongM,LuB,etal.Anultrafastrechargeablealuminium-ionbattery[J].Nature,2015），研究采用熱解石墨和3維石墨泡沫作為鋁離子電池正極材料，其比容量穩定在60mAhg^-1以上。

焦樹強團隊近期申請的中國發明專利（No.CN201410592604.X和No.CN201510002870.7分別報道了采用層狀結構的MoS₂和WS₂作為鋁離子電池的正極材料，由于其特殊的S-M-S（M=Mo、W）三層式層狀結構，M-S原子間為共價鍵，層與層之間以弱的范德華力相連，這種材料，層內鍵作用強，而層間相對較弱，可以作為電化學嵌鋁及其復雜離子電極材料。說明了金屬硫化物作為鋁離子電池正極材料的可行性。

發明內容

本發明提供一種可用于風能、太陽能、潮汐能等可再生清潔能源的能量儲存與轉換利用的熔鹽電池，突出的充放電比容量，優異的循環性能、能量轉換效率以及較好的安全性、清潔性使得其可大規模應用于多種綠色清潔能源的高效率儲存與轉換的低溫無機熔鹽鋁離子超級電容電池及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供以下技術方案：一種低溫無機熔鹽鋁離子超級電容電池，該電容電池包含正極、負極和電解質及電解池裝置，其中，所述正極為碳材料和過渡金屬硫化物的復合物，負極為固態金屬鋁或其固態合金，所述電解質為氯化鋁和堿金屬或者堿土金屬氯化物的混合熔鹽體系。