[發(fā)明專利]一種高石墨化度正極的鋁離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710685318.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107546390A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;董曉忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/583
• 分類號(hào): H01M4/583;H01M4/133;H01M10/054
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型電池領(lǐng)域，涉及一種高石墨化度正極的鋁離子電池。

背景技術(shù)

斯坦福大學(xué)戴宏杰教授展示了一種以熱解石墨為正極、金屬鋁為負(fù)極、離子液體為電解質(zhì)的鋁離子電池，具有超快的充放電能力【Lin,M.C.,M.Gong,et al.(2015)."An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery."Nature 520(7547):325-328】。該電池能在4A/g的電流密度下連續(xù)充放電，容量保持60mAh/g左右。經(jīng)過計(jì)算，其能量密度達(dá)到40Wh/kg，與鉛酸、鎳氫電池能量密度相當(dāng)；其功率密度達(dá)到3kW/kg，與超級(jí)電容器的功率密度相近。另外，由于鋁離子電池使用了離子液體作為電解質(zhì)，電池的安全性大大提高，可以避免鋰離子電池使用過程中出現(xiàn)的燃燒爆炸事故。但是，熱解石墨正極材料是通過甲烷氣體在泡沫鎳上發(fā)生化學(xué)氣相沉積方法制備的，熱解石墨沉積完成后還需要將泡沫鎳用鹽酸除去，整個(gè)工藝流程復(fù)雜，不易工業(yè)化。

浙江大學(xué)高超教授使用石墨烯氣凝膠做正極，在前述鋁離子電池研究的基礎(chǔ)上，將鋁離子電池的容量提升到100mAh/g，可以在5A/g電流密度下連續(xù)充放電【Chen,H.,F.Guo,et al.(2017)."A Defect-Free Principle for Advanced Graphene Cathode of Aluminum-Ion Battery."Advanced Materials 29(12).】。經(jīng)計(jì)算，該鋁離子電池能量密度達(dá)到60Wh/kg，功率密度達(dá)到30kW/kg。同時(shí)，高超教授還提出一種石墨烯電極材料的“無缺陷”設(shè)計(jì)原則：石墨烯氣凝膠經(jīng)過高溫處理，缺陷減少，結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，作為電池材料的活性位增加，因而可以提高電池容量。但是，石墨烯氣凝膠正極材料的最大問題是，石墨烯的價(jià)格非常昂貴，僅適合做科學(xué)探索，無法工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種高石墨化度正極的鋁離子電池，解決現(xiàn)有鋁離子電池正極材料制備工藝復(fù)雜及原料價(jià)格昂貴的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高石墨化度正極的鋁離子電池，正極為高石墨化度的膨脹石墨膜，電解液為1-乙基-3-甲基咪唑氯化物與三氯化鋁按照摩爾比1:1.0～1:1.6組成的混合物；所述高石墨化度的膨脹石墨膜由膨脹石墨經(jīng)2000-3000℃溫度下保溫5分鐘-10小時(shí)后，再經(jīng)1.5-35MPa的壓力壓制成膜。

進(jìn)一步地，所述正極與負(fù)極之間具有隔膜，所述隔膜由1-6層的玻璃纖維構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述負(fù)極為鋁箔、鋁片等。

本發(fā)明的有益效果在于：經(jīng)高溫石墨化處理的膨脹石墨，可以除去膨脹石墨中原有的非碳雜原子，提高膨脹石墨的石墨化度。石墨化膨脹石墨作為鋁離子電池正極材料，與熱解石墨正極材料、石墨烯氣凝膠正極材料相比，不僅價(jià)格低廉，電極成型工藝簡(jiǎn)單，而且具有很好的電池比容量和倍率性能，有利于鋁離子電池的商業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中膨脹石墨經(jīng)2500℃石墨化處理前后的拉曼光譜圖。

圖2是實(shí)施例1制備的、石墨化膨脹石墨正極的扣式鋁離子電池的循環(huán)性能圖。

圖3是實(shí)施例2制備的、石墨化膨脹石墨正極的扣式鋁離子電池的循環(huán)性能圖。

圖4是實(shí)施例3制備的、石墨化膨脹石墨正極的軟包鋁離子電池的循環(huán)性能圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

應(yīng)注意，此處實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。

還應(yīng)注意，在閱讀本發(fā)明的內(nèi)容后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明所做的各種改動(dòng)和修改，這些等價(jià)形式同樣屬于本發(fā)明權(quán)利要求書的限定范圍。

實(shí)施例1：

(1)將商業(yè)膨脹石墨放入高溫石墨化爐，在2500℃溫度下保溫5分鐘，如圖1所示，膨脹石墨經(jīng)2500℃高溫處理后，石墨化度大幅提高；

(2)使用1.5MPa的壓力將上述經(jīng)石墨化處理的膨脹石墨壓制成膜，作為正極；

(3)使用4層的玻璃纖維(Whatman)作為正極與負(fù)極鋁箔之間的隔膜；

(4)使用三氯化鋁與1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的混合物為電解液，1-乙基-3-甲基咪唑氯化物與三氯化鋁混合摩爾比為1:1.0；