[發(fā)明專利]固態(tài)鋁離子電池

有效

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• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109244533B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 孫春文;王捷
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/0562
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發(fā)明涉及鋁離子電池領域，公開了一種固態(tài)鋁離子電池，該固態(tài)鋁離子電池包括正極、負極和固態(tài)電解質，所述固態(tài)電解質為(Al_xZr_y)_20/19M(PO₄)₃或Al₂(WO₄)₃，其中，M為Nb、Ta、V、Mo和W中的任意一種，x和y為摩爾分數，并且0.01≤x≤0.99，0.01≤y≤1，在所述正極與所述固態(tài)電解質之間還設置有熔融鹽電解質。該固態(tài)鋁離子電池安全性好、成本低，且電解質是環(huán)境友好的，同時填補了鋁離子電池領域中固態(tài)鋁離子電池的空白。

技術領域

本發(fā)明涉及鋁離子電池領域，具體涉及一種固態(tài)鋁離子電池。

背景技術

作為下一代儲能器件，固態(tài)電池近年來受到了廣泛的關注。固態(tài)電池使用非燃的固體電解質，因而與使用液體電解質的電池相比安全性更好。此外，固態(tài)電池具有很多優(yōu)點，包括較長的循環(huán)壽命，較高的能量密度，對封裝和電池管理電路要求更少。

鋁離子電池具有低成本、無毒和資源豐富等優(yōu)點，因此，鋁離子電池是非常有潛力的儲能器件。由于鋁離子涉及三電子氧化還原反應，因而具有高的質量比容量(例如，2980mAh/g)和單位體積最高的容量(例如，8046Ah/L)。最近，美國斯坦福大學的戴宏杰教授報道了一種可充電的鋁離子電池，使用金屬Al作為負極，三維石墨泡沫為正極，表現出優(yōu)良的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性，可以循環(huán)7500次，但是，他們使用了昂貴的AlCl₃/[EMIm]Cl離子液體電解質，而大規(guī)模的電能儲存要求電池系統不僅具有足夠高的儲存容量，也要求該系統是成本有效和環(huán)境友好的。

目前還沒有關于固態(tài)鋁離子電池的報道，固體電解質是固態(tài)電池的核心，因此，尋找固態(tài)鋁離子導體電解質材料對于開發(fā)固態(tài)可充電鋁離子電池非常迫切。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現有技術存在的含有液體電解質的鋁離子電池成本高、不環(huán)保的問題，提供一種固態(tài)鋁離子電池，該固態(tài)鋁離子電池安全性好、成本低，且電解質是環(huán)境友好的。

本發(fā)明提供一種固態(tài)鋁離子電池，其中，該固態(tài)鋁離子電池包括正極、負極和固態(tài)電解質，所述固態(tài)電解質為(Al_xZr_y)_20/19M(PO₄)₃或Al₂(WO₄)₃，其中，M為Nb、Ta、V、Mo和W中的任意一種，x和y為摩爾分數，并且0.01≤x≤0.99，0.01≤y≤1，在所述正極與所述固態(tài)電解質之間還設置有熔融鹽電解質。

本發(fā)明的固態(tài)鋁離子電池安全、環(huán)保、成本低，填補了鋁離子電池領域中固態(tài)鋁離子電池的空白。

附圖說明

圖1是(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃粉末的XRD圖譜；

圖2是片狀(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃斷面的掃描電鏡照片；

圖3是(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃的電導率隨溫度的變化曲線；

圖4是固態(tài)鋁離子電池裝置圖，其中，a為實驗測試用swagelok型電池裝置示意圖，b為金屬鋁負極制備示意圖；

圖5是實施例1的固態(tài)鋁離子電池在120℃和150℃下，2mA/g電流密度下的充放電曲線；