[發明專利]一種高性能鋁離子電池

在審

• 申請號: 201710685751.5
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107482219A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 高超;董曉忠
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/054
• 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

本發明涉及一種高性能鋁離子電池，屬于動力電源領域。

背景技術

斯坦福大學戴宏杰教授展示了一種以熱解石墨為正極、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物為電解質的鋁離子電池，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的電流密度下連續充放電，容量保持60mAh/g左右。但是，熱解石墨正極材料是通過甲烷氣體在泡沫鎳上發生化學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，整個工藝流程復雜，不易工業化。同時，1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的價格高昂，使得鋁離子電池難以推廣。

浙江大學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).】。但是，石墨烯氣凝膠正極材料的最大問題是，石墨烯的價格非常昂貴，僅適合做科學探索，無法工業化應用。

在石墨烯氣凝膠正極材料的研究中，高超教授提出了一種制備石墨烯電極材料的“無缺陷”設計原則：石墨烯氣凝膠經過高溫處理，缺陷減少，微觀結構更加規整，作為鋁離子電池材料的活性位增加，因而可以提高電池容量。

發明內容

本發明的目的是，提供一種高性能鋁離子電池，解決現有鋁離子電池正極材料制備工藝復雜、原料價格昂貴以及電解液成本過高的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種高性能鋁離子電池，正極為自支撐的膨脹石墨膜，電解液為三乙胺鹽酸鹽與三氯化鋁按照摩爾比1:1.0～1:1.8組成的混合物；所述自支撐的膨脹石墨膜由膨脹石墨經2000-3000℃溫度下保溫5分鐘-12小時后，再經1-30MPa的壓力壓制成膜。

進一步地，所述正極與負極之間具有隔膜，所述隔膜由1-6層的玻璃纖維構成。

進一步地，所述負極為鋁箔、鋁片等。

本發明的有益效果在于：經高溫石墨化處理的膨脹石墨，可以提高膨脹石墨的石墨化度，增加鋁離子電池材料的活性位，從而提高電池的容量。使用石墨化膨脹石墨與三乙胺鹽酸鹽體系的鋁離子電池具有較高的電池比容量和倍率性能，材料制備工藝簡單，價格相對便宜。

附圖說明

圖1是實施例1制備的高性能扣式鋁離子電池的循環性能圖。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明做進一步闡述。

應注意，此處實施例僅用于說明本發明，而不是限制本發明的范圍。

還應注意，在閱讀本發明的內容后，本領域技術人員對本發明所做的各種改動和修改，這些等價形式同樣屬于本發明權利要求書的限定范圍。

實施例1：

(1)將商業膨脹石墨放入高溫石墨化爐，在2600℃溫度下保溫5分鐘；

(2)使用1MPa的壓力將上述經石墨化處理的膨脹石墨壓制成膜，作為正極；

(3)使用1層的玻璃纖維(Whatman)作為正極與負極鋁箔之間的隔膜；

(4)使用三氯化鋁與三乙胺鹽酸鹽的混合物為電解液，三乙胺鹽酸鹽與三氯化鋁的混合摩爾比為1:1.0；

(5)按照以下順序裝配扣式電池：在正極殼(CR2025)中放入上述(2)中制備的石墨化膨脹石墨正極膜；在石墨化膨脹石墨正極膜上，放1層的玻璃纖維隔膜(Whatman)，滴加適量的混合比例1:1.0的電解液；然后在玻璃纖維隔膜(Whatman)上放負極鋁箔，對齊壓實，蓋上負極殼，最后使用扣式電池封裝機封裝。

使用藍電測試系統，對上述組裝的扣式電池進行5A/g恒流充放電實驗，發現這種石墨化膨脹石墨正極的高性能扣式鋁離子電池的容量可以保持在100mAh/g。如圖1所示。

實施例2：

(1)使用12MPa的壓力將商業膨脹石墨壓制成膜，；

(2)將上述(1)中壓制的膨脹石墨膜放入高溫石墨化爐，在2000℃溫度下保溫12小時,得到石墨化膨脹石墨膜，作為正極；