[發(fā)明專利]一種石墨烯鋁離子二次電池制作技術(shù)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710333793.2
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN108807837A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 申鳳儀;王秀瑜;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 申廣
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1393;H01M4/587;H01M10/054;H01M10/0585
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本發(fā)明提供了一種石墨烯鋁離子電池二次電池制備技術(shù)，尤其是采用石墨烯微片材料，以及獨特的石墨烯極板制作工藝和電池雙極性串并聯(lián)結(jié)構(gòu)裝配技術(shù)，屬于電化學儲能電池制備技術(shù)領(lǐng)域。電池包含正極、負極、離子電解液、隔膜，其中正極為碳材料(由石墨烯微片、粘接劑、水按照正極板制作工藝制成)，負極為高純鋁材料，離子電解液為有機鹽?氯化鋁體系離子液體。本發(fā)明石墨烯鋁離子電池充放電倍率高，循環(huán)壽命長，能量轉(zhuǎn)換效率高，比能量高，安全不燃爆，成本低，具有廣闊的市場應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯鋁離子二次電池制作技術(shù)，尤其是采用石墨烯微片材料，以及獨特的無集流體正負極板一次成型制作工藝和多電池單元串聯(lián)裝配技術(shù)。

儲能是涉及甚廣、影響甚深的基石產(chǎn)業(yè)。儲能使電能生產(chǎn)和消耗的時間變換，并可在并網(wǎng)、離網(wǎng)或移動狀態(tài)使用，這里孕育著重量級應用：電力存儲和動力電池。目前電化學儲能二次電池的主流技術(shù)和產(chǎn)品是鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池(釩流、鈉硫、鋅溴等)、燃料電池(氫燃料、甲烷燃料、天然氣燃料等)，為應對市場需求，產(chǎn)品性能需要繼續(xù)提升、成本需要持續(xù)下降。

鋁成本低，可燃性低，且具有高電荷存儲能力，鋁的理論容量為2000mAH/g，因此一直是用作電池頗具吸引力的材料。在過去幾十年，研究人員致力于研發(fā)商業(yè)可行的鋁離子電池。《Nature》發(fā)表的論文《快速充放電鋁離子電池》用石墨作為負極材料，并用一種相當于鹽溶液的離子液體作為電解液，解決了鋁電池研究在材料上的瓶頸問題，鋁離子電池包含一個由鋁制成的帶負電陽極和一個帶正電石墨陰極，由于三維石墨優(yōu)良的導電性能和巨大的比表面積，能夠極大的縮短電池的充電時間，實現(xiàn)了高效耐用、超快充電、高安全性、可折疊、材料成本低、靈活和較長壽命。受限于正極碳材料，目前關(guān)于鋁離子電池報道最高比容量是70mAh/g，電池比能量偏低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題主要有以下幾點：

1、采用石墨烯微片材料作為正極材料，利用石墨烯微片材料優(yōu)異的導電性，巨大的比表面積、適宜的多孔結(jié)構(gòu)大幅提升了電池的比容量；

2、采用獨特的正極膏配方和正極膜片制作工藝，形成了正極板膠聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，結(jié)合石墨烯微片的三維結(jié)構(gòu)，有效的抑制了Al離子在正極材料插層過程中造成的體積膨脹問題，從而提升了電池的循環(huán)壽命；

3、采用無集流體正負極板一次成型制作工藝和多電池單元串聯(lián)裝配技術(shù)，有效的提升了電池的比容量，和電池倍率性能，降低了產(chǎn)品成本。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種石墨烯鋁離子二次電池制作技術(shù)，尤其是采用石墨烯微片材料，以及獨特的無集流體正負極板一次成型制作工藝和多電池單元串聯(lián)裝配技術(shù)，電池包含正極、負極、離子電解液、隔膜，其中正極為碳材料(由石墨烯微片、粘接劑、水按照正極板制作工藝制成)，負極為高純鋁材料，離子電解液為有機鹽- 氯化鋁體系離子液體。電池制作包括以下步驟：

步驟一、正極膏制作：將石墨烯微片加入粘接劑(PVDF、NMP、PTFE、酚醛樹脂中的一種或多種混合溶液)、去離子水，比例三種物料的質(zhì)量比為1∶0.01--0.25∶0.01--0.5，將按照比例配置好的混合物料在20--45 度溫度下進行攪拌混料1--3小時(采用雙行星攪拌機或雙螺桿捏合機或者其他攪拌機)，制備獲得正極膏活性物質(zhì)；

步驟二、正極極板膜片制作：將步驟一正極膏活性物質(zhì)采用開練機反復開練2--10次，制成正極粗膜片，將正極粗膜片采用壓延機壓制成一定厚度0.1-10mm的精膜片，將精膜片在70-100度烘箱中烘干待用；

步驟三、負極極板預處理：將高純鋁(鋁板、鋁片、鋁箔、泡沫鋁片等)先后使用醋酸(無水乙醇、丙酮或其他弱酸、弱堿)、去離子水進行表面清洗；將清洗后的負極板的一個面涂覆一層0.1-100微米的導電硅膠；