[發明專利]鋁離子電池電解質溶液與電池

在審

• 申請號: 201910033556.3
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109888395A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 葉瑛;夏天;張平萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0567;H01M10/054
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種鋁離子電池電解質溶液與電池。鋁離子電池電解質溶液由三氯化鋁、活化劑和溶劑組成。先將活化劑溶解在溶劑中，再加入三氯化鋁，得到電解質溶液。組裝電池時先將電解質溶液灌注在電池殼體中，再將碳電極陰極和鋁陽極浸沒于該溶液中，抽真空排氣后密封電池殼體后即得到一種固液鋁離子電池。它是一種能重復充放電的二次電池，具有能量密度高，性價比高，安全性優于鋰離子電池，能快速充放電等優點，適合于用作乘用車動力電池，也可以用做與可再生能源發電裝置配套的儲能裝置。

技術領域

本發明屬于能源領域，具體涉及一種鋁離子電解質溶液與電池。

背景技術

出色的安全性能，高能量密度，以及很長的充放電循環壽命，使得鋁離子電池被認為是有可能替代鋰離子電池的下一代動力電池。目前對鋁離子電池的研究主要集中在電極材料，尤其是與鋁陽極配套的碳陰極材料上。很多研究者試圖通過改善碳陰極材料來提高電池的總體能量密度和綜合性能，而在電解質溶液方面所受關注較少。鋁的氯化物在有機溶液中的表現具有共價化合物性質，不能像離子化合物那樣直接電離，因此AlCl₃電化學活性較弱，電導率也相對較低。電解質溶液研發滯后，已成為制約鋁離子電池進入商業性應用的瓶頸。

發明內容

本發明嘗試為鋁離子電池提供一種電解質溶液，并將這種電解質溶液應用于固液鋁離子電池。本發明具體采用的技術方案如下：

第一方面，本發明提供了一種鋁離子電池電解質溶液，它是由三氯化鋁、活化劑和溶劑組成，三氯化鋁與活化劑的摩爾比介于1:1至1.5:1。

這種電解質溶液的制備方法包括以下步驟：

1)將活化劑溶解在溶劑中，得到混合溶液。

2)在攪拌的同時，在混合溶液中加入三氯化鋁，三氯化鋁與活化劑的摩爾比介于1:1至1.5:1；隔絕空氣溶解后得到電解質溶液。

所述的活化劑是季銨鹽或咪唑鹽中的一種或數種。其中季銨鹽化學通式為R₄NCl。式中R為碳原子數為1至18的烷基，四個R可以為相同，也可以為不同的有機基團，代表性化合物如：十六烷基三甲基氯化銨，十八烷基三甲基氯化銨，雙十烷基二甲基氯化銨，雙十八烷基二甲基氯化銨，四乙基氯化銨，四丙基氯化銨，四丁基氯化銨，四戊基氯化銨。咪唑鹽是咪唑、烷基咪唑的氯化物，化學式可以表示為：(C₃H₃N₂)·Cl，(C₃H₂N₂R)·Cl，(C₃HN₂R₁R₂)·Cl，其中R，R₁和R₂均為烷基，R₁和R₂可以為相同，也可以為不同的烷基；代表性化合物如：氯化1-乙基-3-甲基咪唑，氯化1-丁基3-甲基咪唑，氯化1-己基-3-甲基咪唑，氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑。

所述的溶劑是碳酸酯類化合物中的一種或數種，所述的碳酸酯類化合物包括但不限于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、甲基苯基碳酸酯(MPC)、γ-丁內酯(GBL)。

第二方面，本發明提供了一種采用上述任一方案所述的電解質溶液的電池，它包括有殼體，金屬鋁陽極，碳陰極和電解質溶液。在鋁陽極和碳陰極之間設置絕緣且允許離子透過的隔膜，或者使二者之間保持0.5-1.5mm的間隔。該電池是一種二次電池，電池放電后可重新充電重復使用。

這種電池的組裝和使用方法步驟如下：

1)先將所述電解質溶液灌注到電池殼體內；

2)將正負電極組裝在一起，將電極放入盛有電解質溶液的電池殼體內，抽真空1-2小時；