[發明專利]一種鋁離子電解質溶液、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202310249152.4
• 申請日: 2023-03-15
• 公開（公告）號: CN116344944A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 葉瑛;杜昊;張平萍
• 申請（專利權）人: 杭州怡萊珂科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/054;H01M10/44
• 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解質溶液、制備方法及其應用。鋁離子電解質溶液的溶質由氯化咪唑、氯化鋁和氯化鑭組成，溶劑是碳酸酯類化合物，其中氯化咪唑與氯化鋁的摩爾比為1:1至1:1.5；氯化鋁與氯化鑭的摩爾比為1:0.01至1:0.1，溶質：溶劑的重量比為1:0.5至1:2。制備時將三種原料按推薦的比例混合共熔，再溶于碳酸酯類化合物中，即得到鋁離子電解質溶液。這種鋁離子電解質溶液具有電化學活性和電導率高的優勢，且主要成份難揮發、不燃燒，基本上杜絕了電池自燃爆炸的可能性。本發明提供的鋁離子電解質溶液可用于制成各種類型的鋁離子電池，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、化工領域，具體涉及一種鋁離子電解質溶液、制備方法及其應用。

背景技術

目前已經大規模商業化的鋰離子電池，以及尚處于研發階段的其它類型的離子電池，其電解質溶液基本上都是由基于氟化物離子載體和有機溶劑組成。離子載體以六氟磷酸鹽、三氟甲磺酸鹽為代表，具有較高的化學穩定性，在有機溶液中溶解度較高，但價格昂貴，氟化物對環境不友好。氟化物離子載體和有機溶劑的匹配性也存在問題，部分氟代有機酸鹽在有機溶劑中離解度不高，從而影響電解質溶液電導率和充放電性能。

在另一方面，基于氯離子的絡陰離子鹽具有原料來源廣泛，制備容易，成本低廉，且環境友好等優點。因此亟需提供一種基于氯-絡陰離子鹽的鋁離子電解質溶液，作為鋁離子電池導電介質的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，并提供一種鋁離子電解質溶液、制備方法及其應用。

本發明具體采用的技術方案如下：

第一方面，本發明公開了一種鋁離子電解質溶液，它的溶質由氯化咪唑、氯化鋁和氯化鑭組成，溶劑是碳酸酯類化合物，其中氯化咪唑與氯化鋁的摩爾比為1:1至1:1.5；氯化鋁與氯化鑭的摩爾比為1:0.01至1:0.1，溶質：溶劑的重量比為1:0.5至1:2。

作為第一方面的優選，所述的碳酸酯是碳酸分子中兩個羥基的氫原子部分或全部被烷基(R、R')取代后的化合物中的一種或數種，包括但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二乙酯(DEC)中的至少一種。

作為第一方面的優選，所述的氯化咪唑是咪唑類陽離子的氯化物；咪唑類陽離子包括但不限于1-乙基-3-甲基咪唑、1-丁基3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑或1-十六烷基-3-甲基咪唑中的至少一種。

第二方面，本發明提供了一種如上述第一方面任一方案所述的鋁離子電解質溶液的制備方法，其特征在于，將容器預熱至80至100℃，按三種溶質的配比加入氯化咪唑、氯化鋁與氯化鑭，恒溫攪拌至全熔，冷卻至室溫后再按照溶質與溶劑的配比加入對應量的碳酸酯溶劑，得到鋁離子電解質溶液。

第三方面，本發明提供了一種鋁離子電池，該電池含有電池正極、鋁箔負極、和上述第一方面任一方案所述的鋁離子電解質溶液，且電池正極和鋁箔負極之間具有允許鋁離子通過的隔膜或絕緣層。

作為第三方面的優選，所述的電池正極的材料是氯化咪唑插層石墨，所述氯化咪唑插層石墨為由氯化咪唑插嵌在石墨晶格層間位置上所形成的間層化合物。

作為第三方面的優選，所述的電池正極是用氯化咪唑插層石墨壓制成的片狀或板狀體，內部植入有金屬箔或金屬絲作為連接外電路的導體。

作為第三方面的優選，所述的電池正極表面包覆有微孔聚偏氟乙烯膜或微孔聚丙烯腈膜，作為替代電池內正負極間隔膜的絕緣層。

作為第三方面的優選，所述電池正極和鋁箔負極置于電池軟殼體內，在軟殼體內灌注所述鋁離子電解質液體并抽真空后封口形成鋁離子電池。

第四方面，本發明提供了一種如上述第三方面所述的鋁離子電池的使用方法，其具體做法為：