[發明專利]一種微球AlV3

有效

• 申請號: 201810322459.1
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108428934B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 李建玲;李戰雨;劉健
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種微球AlV₃O₉作為鋁離子電池正極的方法，通過水熱法制備出微球AlV₃O₉，其微觀結構與形貌通過場外掃描電鏡被證實，制備出的微球AlV₃O₉作為鋁離子電池正極材料，高純鋁箔作為負極，無水氯化鋁(AlCl₃)和1?乙基?3?甲基咪唑氯化物([EMIm]Cl)按照摩爾質量為1.3:1配置成淡黃色透明離子室溫液體作為鋁離子電池的電解質。其組成的電池在電化學測試中表現出優異的電化學性能，在100mA/g電流密度下的首次放電比容量為321.7mA h/g，充電比容量為294mA h/g。AlV₃O₉的3維微球由納米層狀結構組成，有利于Al³⁺嵌入和脫出電極材料。微球AlV₃O₉在鋁離子電池中的應用為其他電極材料在鋁離子電池中的開發奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及利用水熱法制備AlV₃O₉微球并作為鋁離子電池的正極材料應用到鋁離子電池中的一種方法。該發明屬于新能源領域中電化學能量儲存和轉化的電極材料，可用于新能源領域。

背景技術

可再生能源是能源供應體系的重要組成部分。目前，全球可再生能源開發利用規模不斷擴大，應用成本快速下降，發展可再生能源已成為許多國家推進能源轉型的核心內容和應對氣候變化的重要途徑，也是我國推進能源生產和消費革命、推動能源轉型的重要措施。現代社會迫切需要一種高效、可持續的能源儲存方式。可再生能源的大規模應用無法得到實現主要是受到其生產方式的連續性所致，并且其也無法進行存儲(據統計，目前不到百分之一的可再生能源可以進行能量存儲)。因此,開發高效的、低成本和環境友好的電化學存儲系統是實現可持續再生能源的必由之路。在過去的數十年里，化石燃料的持續消耗，溫室氣體的急劇排放以及PM2.5的驟升引起了人們廣泛的關注。為此，人們開始尋求和發展可再生的綠色新能源，如風能、太陽能等。由于這些可再生能源在時間和空間上分布的不均勻性，它們通常需要與高效的能量存儲裝置配套使用。

目前，在高效新能源領域中，鋰離子電池在生活中已受到廣泛的應用，并且由于動力汽車發展需求的增加使得鋰離子電池發展十分迅速，但是金屬鋰在地殼中的含量是相當有限的，并且其碳化物在鋰離子電池中的能量密度受到很大的限制，這幾乎很難滿足人們日益對動力電池能量密度的研究，因此嚴重限制了其在動力電池中的進一步應用。

因此，現在其他金屬離子電池受到科學家們廣泛的關注，包括Na、Mg、Zn、K、Al 等等金屬離子電池，但是在這其中金屬鋁在地殼中的儲量是最豐富的，這在一定程度上將大大減低了鋁離子電池的成本，并且其體積能量密度也是相當高的，這為鋁離子電池能量密度的提高奠定了理論基礎。眾所周知，電池能量密度的提高其關鍵性作用的還是其正極材料，因此，現在關于鋁離子電池正極材料的研究十分廣泛，但是，本發明提出的AlV₃O₉微球還未在鋁離子電池中得到研究。

發明內容

本發明的目的是利用水熱處理法制備出AlV₃O₉微球，并利用其三維空間結構應用到鋁離子電池中，為提高鋁離子電池的能量密度提供了一種新型方法。其中充放電過程中嵌入和脫出的離子為Al³⁺，并非是AlCl₄^-，這實現了鋁離子電池中三個電子的氧化還原反應，這為鋁離子電池為未來的商業化提供了可能。

一種微球AlV₃O₉作為鋁離子電池正極的方法，其特征在于，包括電極制備、電池組裝及測試方法：