[發明專利]鋁石墨雙離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201811084958.8
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109301245B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 付超鵬;蔣敏;張佼;孫寶德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M4/46;H01M10/0525;C01B32/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種鋁石墨雙離子電池及其制備方法，通過分別對石墨粉或石墨紙進行等離子體處理得到正極、經過發泡工藝制備得到的純鋁或鋁合金泡沫泡沫鋁作為負極，配置電解液并組裝得到鋁石墨雙離子電池；本發明通過調控處理條件，使石墨層間距擴大以使陰離子能夠快速嵌入和脫出，通過泡沫鋁的三維立體網絡化結構降低在充放電過程中鋁的體積變化，從而大大提高電池的循環穩定性，能夠在顯著提高電池的工作電壓(3.8?4.6V)、解決現有鋁石墨雙離子電池的循環穩定性差，容量低等缺陷的同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

技術領域

本發明涉及的是一種二次電池領域的技術，具體是一種以等離子體處理石墨材料作為正極，以泡沫鋁作為負極材料的鋁石墨雙離子電池。

背景技術

現有的鋰離子電池由于存在容量不高以及使用一定危害的過渡元素無法滿足未來高能量密度、清潔、低成本的要求。當前一些新型的、環境友好的、能量密度高的新型二次電池技術日益出現，包括鉀離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池以及鋁離子電池等。其中一種以石墨材料作為正極材料，鋁為負極材料，充電時PF₆^-進入到石墨層間，鋰離子進入到金屬鋁表面形成鋰鋁合金，放電時負極中的鋰脫出進入到電解液中，PF₆-從石墨層間脫去進入到電解液中。這種新型反應機理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

但是，上述現有技術的缺陷包括：(1)金屬鋁箔在充放電過程中容易被腐蝕，大大降低電池的循環壽命；(2)石墨層間距(0.336nm)小于PF₆-的直徑(0.436nm)，對陰離子的嵌入容量有限，因此目前鋁石墨雙離子電池還存在循環穩定性較差，容量較低的問題。

發明內容

本發明的目的主要是解決目前鋁石墨雙離子技術的不足，提供了一種鋁石墨雙離子電池及其制備方法，以等離子體處理過的石墨作為正極材料，泡沫鋁作為負極材料，能夠顯著提高電池的工作電壓、解決現有鋁石墨雙離子電池的循環穩定性差，容量低等缺陷的同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種鋁石墨雙離子電池的制備方法，通過分別對石墨材料進行等離子體處理得到正極、泡沫鋁作為負極，配置電解液并組裝得到鋁石墨雙離子電池。

所述的石墨材料為石墨粉或石墨紙，優選以石墨粉與粘結劑溶液和導電劑混合后得到正極合漿經涂敷、烘干、輥壓、分切、模切后得到或者石墨粉經酸處理、熱膨脹、脫硫工藝以及輥壓制備相應的石墨紙。

所述的粘結劑溶液包括：聚偏氟乙烯溶液、羧甲基纖維素鈉、LA133N2、AB膠等。

所述的導電劑包括：導電碳黑、KS-6、碳納米管或石墨烯。

所述的等離子體處理是指：將石墨材料置入等離子體發生裝置中，通入氧氣、氮氣或氬氣，流速控制在0.1-0.5L/min，功率控制在200-400W，壓力維持在50-200Pa，處理時間30-120mins。

所述的泡沫鋁為經過發泡工藝制備得到的純鋁或鋁合金泡沫。

所述的泡沫鋁的厚度為1-5mm，體積密度為0.4-1.0g/cm³，孔隙率為60-90％，純度為99.0-99.99％，優選該泡沫鋁經脫脂、堿蝕處理，除掉表明油污以及金屬氧化物。

所述的電解液，包括作為溶劑的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲基砜或腈類溶劑、作為電解質的六氟磷酸鋰或高氯酸鋰、作為添加劑的碳酸亞乙烯酯、亞硫酸亞乙酯、亞硫酸丙烯酯、1,3-二氧環戊烷或乙腈以及隔膜。

所述的添加劑的用量優選為電解液總質量的0.1-5wt％。