[發明專利]一種基于碳納米管正極的鋁離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201810155444.0
• 申請日: 2018-02-23
• 公開（公告）號: CN108365257A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 林孟昌;韓梅;呂子川;侯立雪;孫軍輝
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/0566;H01M10/058
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于碳納米管正極的鋁離子電池及其制備方法，本發明一種基于碳納米管正極的鋁離子電池所采用的技術方案是包括電池正極、電池負極、電解液、集流體和隔膜；其中電解液為離子液體，正極材料為高純度的石墨化多壁碳納米管材料，隔膜為玻璃纖維，電解液由AlCl3和[EMIm]Cl(氯化1?乙基?3?甲基咪唑)配制。本發明的有益效果是在充放電過程中，電池展現了良好的穩定性，循環效率高達99.5％。此外，離子液體具有不燃性、不揮發性、無污染的優點，提高了電池的安全性能。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，涉及一種基于碳納米管正極的鋁離子電池。

背景技術

鋰離子電池一直被認為是最有前景的電化學儲能體系之一。近年來，鋰離子電池得到了廣泛的研究并實現商業化，但是鋰離子電池也存在易燃易爆炸等安全性問題，而且鋰資源也面臨枯竭。隨著傳統能源的逐漸枯竭和環境問題的日益嚴峻,新能源產業越來越受到重視。近年來,以鋁離子電池為代表的多價離子電池廣受關注。鋁資源豐富,是地殼中儲量最豐富的金屬。金屬鋁作為電池負極是一種高能量載體，每年的開采量是鋰的1000多倍，價格低廉，使用安全，對環境污染低，再者,鋁離子電池擁有很高的理論比容量(2980mAh/g)，所以鋁是理想的電池負極材料。

鋁離子電池研究目前仍處于初期階段，本發明使用多壁碳納米管材料作為電池正極材料，具有廉價、安全的優點。該電池使用電導率高、粘度低的離子液體作為電解液，利用新穎且易得的多壁碳納米管作為正極材料。迄今為止，基于碳納米管正極的鋁離子電池的研究仍在初級階段，在已報道過的文章中，有如：基于單壁碳納米管的超容量鋁離子電池的數據模擬(文獻：“Preeti Bhauriyal.et al.Single-walled Carbon Nanotube BasedUltrafast High CapacityAl-ion Battery”.Chemistry-An Asian Journal,12,1944-1951,2017)，但是數據僅停留在模擬階段，并未實物測試。還有如：結合碳納米管和離子液體電解質的不對稱超級電容(文獻：Handong Jiao.et al.“Aluminum-Ion AsymmetricSupercapacitor Incorporating Carbon Nanotubes and an Ionic LiquidElectrolyte: Al/AlCl3-[EMIm]Cl/CNTs”.Energy Technology,4,1112-1118,2016)，此文獻報道的主要是電容性行為。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于碳納米管正極的鋁離子電池及其制備方法，本發明的有益效果是使用電導率高(約15-18mS/cm-1)、粘度低的離子液體作為電解液，提高了離子液體電解液在玻璃纖維隔膜上的浸潤性，在電池充放電循環過程中陰陽離子可不借助溶劑而自由穿梭，展現了良好的放電平臺(2.25-2.0V 和1.9-1.5V)，其中電池開路電壓達到2.45V。在充放電過程中，電池展現了良好的穩定性，循環效率高達99.5％。此外，離子液體具有不燃性、不揮發性、無污染的優點，提高了電池的安全性能；本發明采用鋁-多壁碳納米管系統，也體現了電池新型、無毒性的優點。

本發明一種基于碳納米管正極的鋁離子電池所采用的技術方案是包括電池正極、電池負極、電解液、集流體和隔膜；其中電解液為離子液體，正極材料為高純度的石墨化多壁碳納米管材料，隔膜為玻璃纖維，電解液由AlCl3和 [EMIm]Cl(氯化1-乙基-3-甲基咪唑)配制。

進一步，離子液體選EMI+為陽離子，陰離子包括AlCl4-、Al2Cl7-。

進一步，純離子液體[EMIm]Cl-AlCl3摩爾比例為1：1.3。

進一步，高純度的石墨化多壁碳納米管材料純度為99.9％。

一種基于碳納米管正極的鋁離子電池的制備方法，按照以下步驟進行：