[發明專利]一種鋁離子電池

在審

• 申請號: 201710641041.2
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107331889A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 高超;徐晗彥
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/0568;H01M4/583
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術領域

本發明涉及高性能電池領域，尤其涉及一種鋁離子電池。

背景技術

鋁離子電池因其鋁金屬負極具有超高的比容量、低成本以及安全性的優點而成為非常有希望的下一代能量儲存方式。電池中電解液在電池循環壽命和安全性上發揮著重要作用。目前以石墨烯泡沫作為正極，咪唑類離子液體作為電解液的鋁離子電池中化學窗口在0.7-2.45V，比容量70mAh g^-1，庫倫效率在97–98％，循環壽命7000圈左右，而鋁金屬的三電子氧化還原理論比容量為2980mAh g^-1，理想中電池的庫倫效率可達到99.98％。更重要的是，由于咪唑類離子液體的價格昂貴因而限制了其工業化的發展。因此尋找一種可以提高電化學窗口和循環性能的離子液體一直是鋁離子電池研究的主要方向。

種類繁多的離子液體基本上都是由含氮有機雜環正離子和無機負離子構成，陰陽離子的變化會導致離子液體物性參數極大的改變。離子液體的粘度和電導率是影響其電化學性能的主要參數。離子液體的粘度越大，離子遷移率低，從而導致電化學性能降低。因而在選用離子液體時要考慮到其粘度以及電導率的高低。

三乙胺鹽酸鹽是一種常見的工業廢料，容易獲得，成本低，合理地將工業廢料利用，十分環保，具有非常好的工業化前景。目前所用的咪唑類離子液體較難獲得，購買成本高，盡管具有提升電池性能的空間但鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種鋁離子電池。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種鋁離子電池，所述電池的電解液為三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁按照配摩爾比比1:1.4～1.6組成的離子液體；所述電池的正電極為石墨烯泡沫正極材料。

進一步地，三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁按照摩爾比1：1.5配比。

進一步地，所述三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁的混合在手套箱中進行，水值<0.1ppm，氧值<0.1ppm，三乙胺鹽酸鹽純度>98.5wt％,氯化鋁純度>98wt％。

進一步地，所述石墨烯泡沫正極材料通過以下步驟制備得到：

(1)將氧化石墨烯溶液滴到模具上進行冷凍干燥，得到氧化石墨烯泡沫；

(2)化學還原得到石墨烯泡沫；

(3)高溫熱處理將石墨烯泡沫進行熱還原,得到超高導電石墨烯泡沫，也即得到超高導電石墨烯泡沫正極材料。

進一步地，所述步驟(1)的冷凍干燥溫度為-40至0℃，冷凍干燥真空壓力為0.1-1kPa。

進一步地，所述步驟(2)的還原劑為水合肼蒸汽、體積百分含量5％-50％的碘化氫水溶液，或體積百分含量5％-50％抗壞血酸鈉溶液，還原溫度90℃，時間24小時。

進一步地，所述步驟(3)高溫熱處理為1000-3000℃氮氣或氬氣氛圍下，時間為10-1000分鐘。

進一步地，電池包裝選自扣式電池殼，軟包電池殼或不銹鋼電池殼；電池負極為鋁金屬或鋁合金；隔膜選自玻碳纖維、聚丙烯隔膜或聚乙烯隔膜。

本發明的有益效果在于：本發明通過將三乙胺鹽酸鹽與氯化鋁混合得到的離子液體與石墨烯泡沫電極材料配合，使得離子電池表現出兩萬五千圈的循環壽命，2.54V的截止電壓，108±3mAh g^-1的比容量，且庫倫效率高于99％，相比于現有技術水平具有重大突破，且離子液體熱穩定性高，可大量生產，成本低廉，在未來電動汽車及能量存儲方面有極高的實踐應用價值。

附圖說明

圖1是實施例1-3制備的四種配比的離子液體使用在鋁離子電池中，在50C恒流充放電條件下的200-1000圈循環性能曲線對比圖；

圖2是實施例2的離子液體的TGA圖；

圖3是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50C恒流充放電條件下的循環性能曲線；

圖4是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50C恒流充放電條件下的倍率性能曲線；

圖5是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在1mV s^-1的掃描速度下的伏安線掃圖；

圖6是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50C恒流充放電條件下調節截止電壓的循環性能曲線。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體描述，本實施例只用于對本發明做進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的內容做出一些非本質的改變和調整，均屬于本發明的保護范圍。

實施例1：