CN107482219A - 一种高性能铝离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能铝离子电池，使用经过2000‑3000℃高温处理的膨胀石墨作为铝离子电池的正极材料，采用三乙胺盐酸盐与三氯化铝的混合物作为铝离子电池的电解液。本发明中经高温石墨化处理的膨胀石墨，可以提高膨胀石墨的石墨化度，增加铝离子电池材料的活性位，从而提高电池的容量。使用石墨化膨胀石墨与三乙胺盐酸盐体系的铝离子电池具有较高的电池比容量和倍率性能，材料制备工艺简单，价格相对便宜。

Description

一种高性能铝离子电池
技术领域
本发明涉及一种高性能铝离子电池，属于动力电源领域。
背景技术
斯坦福大学戴宏杰教授展示了一种以热解石墨为正极、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物为电解质的铝离子电池，具有超快的充放电能力【Lin,M.C.,M.Gong,et al.(2015)."Anultrafast rechargeable aluminium-ion battery."Nature 520(7547):325-328】。该电池能在4A/g的电流密度下连续充放电，容量保持60mAh/g左右。但是，热解石墨正极材料是通过甲烷气体在泡沫镍上发生化学气相沉积方法制备的，热解石墨沉积完成后还需要将泡沫镍用盐酸除去，整个工艺流程复杂，不易工业化。同时，1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的价格高昂，使得铝离子电池难以推广。
浙江大学高超教授使用石墨烯气凝胶做正极，在前述铝离子电池研究的基础上，将铝离子电池的容量提升到100mAh/g，可以在5A/g电流密度下连续充放电【Chen,H.,F.Guo,et al.(2017)."A Defect-Free Principle for Advanced Graphene Cathode ofAluminum-Ion Battery."Advanced Materials 29(12).】。但是，石墨烯气凝胶正极材料的最大问题是，石墨烯的价格非常昂贵，仅适合做科学探索，无法工业化应用。
在石墨烯气凝胶正极材料的研究中，高超教授提出了一种制备石墨烯电极材料的“无缺陷”设计原则：石墨烯气凝胶经过高温处理，缺陷减少，微观结构更加规整，作为铝离子电池材料的活性位增加，因而可以提高电池容量。
发明内容
本发明的目的是，提供一种高性能铝离子电池，解决现有铝离子电池正极材料制备工艺复杂、原料价格昂贵以及电解液成本过高的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种高性能铝离子电池，正极为自支撑的膨胀石墨膜，电解液为三乙胺盐酸盐与三氯化铝按照摩尔比1:1.0～1:1.8组成的混合物；所述自支撑的膨胀石墨膜由膨胀石墨经2000-3000℃温度下保温5分钟-12小时后，再经1-30MPa的压力压制成膜。
进一步地，所述正极与负极之间具有隔膜，所述隔膜由1-6层的玻璃纤维构成。
进一步地，所述负极为铝箔、铝片等。
本发明的有益效果在于：经高温石墨化处理的膨胀石墨，可以提高膨胀石墨的石墨化度，增加铝离子电池材料的活性位，从而提高电池的容量。使用石墨化膨胀石墨与三乙胺盐酸盐体系的铝离子电池具有较高的电池比容量和倍率性能，材料制备工艺简单，价格相对便宜。
附图说明
图1是实施例1制备的高性能扣式铝离子电池的循环性能图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步阐述。
应注意，此处实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。
还应注意，在阅读本发明的内容后，本领域技术人员对本发明所做的各种改动和修改，这些等价形式同样属于本发明权利要求书的限定范围。
实施例1：
(1)将商业膨胀石墨放入高温石墨化炉，在2600℃温度下保温5分钟；
(2)使用1MPa的压力将上述经石墨化处理的膨胀石墨压制成膜，作为正极；
(3)使用1层的玻璃纤维(Whatman)作为正极与负极铝箔之间的隔膜；
(4)使用三氯化铝与三乙胺盐酸盐的混合物为电解液，三乙胺盐酸盐与三氯化铝的混合摩尔比为1:1.0；
(5)按照以下顺序装配扣式电池：在正极壳(CR2025)中放入上述(2)中制备的石墨化膨胀石墨正极膜；在石墨化膨胀石墨正极膜上，放1层的玻璃纤维隔膜(Whatman)，滴加适量的混合比例1:1.0的电解液；然后在玻璃纤维隔膜(Whatman)上放负极铝箔，对齐压实，盖上负极壳，最后使用扣式电池封装机封装。
使用蓝电测试系统，对上述组装的扣式电池进行5A/g恒流充放电实验，发现这种石墨化膨胀石墨正极的高性能扣式铝离子电池的容量可以保持在100mAh/g。如图1所示。
实施例2：
(1)使用12MPa的压力将商业膨胀石墨压制成膜，；
(2)将上述(1)中压制的膨胀石墨膜放入高温石墨化炉，在2000℃温度下保温12小时,得到石墨化膨胀石墨膜，作为正极；
(3)使用4层的玻璃纤维(Whatman)作为正极与负极铝片之间的隔膜；
(4)使用三氯化铝与三乙胺盐酸盐的混合物为电解液，三乙胺盐酸盐与三氯化铝的混合摩尔比为1:1.5；
(5)按照以下顺序装配扣式电池：在正极壳(CR2025)中放入上述(2)中制备的石墨化膨胀石墨正极膜；在石墨化膨胀石墨正极膜上，放4层的玻璃纤维隔膜(Whatman)，滴加适量的混合比例1:1.5的电解液；然后在玻璃纤维隔膜(Whatman)上放负极铝片，对齐压实，盖上负极壳，最后使用扣式电池封装机封装。
使用蓝电测试系统，对上述组装的扣式电池进行5A/g恒流充放电实验，发现这种石墨化膨胀石墨正极的高性能扣式铝离子电池的容量可以保持在98mAh/g。
实施例3：
(1)将商业膨胀石墨放入高温石墨化炉，在3000℃温度下保温2小时；
(2)使用30MPa的压力将上述经石墨化处理的膨胀石墨压制成膜，作为正极；
(3)使用6层的玻璃纤维(Whatman)作为正极与负极铝箔之间的隔膜；
(4)使用三氯化铝与三乙胺盐酸盐的混合物为电解液，三乙胺盐酸盐与三氯化铝的混合摩尔比为1:1.8；
(5)按照以下顺序装配软包电池：使用上述(2)中制备的石墨化膨胀石墨正极膜，作为软包电池的正极；以铝箔作为软包电池的负极；在石墨化膨胀石墨正极膜与铝箔负极之间，放置6层的玻璃纤维隔膜(Whatman)，对齐固定，放入软包电池袋中，加入适量的混合比例1:1.8的电解液，最后使用软包电池封装机封装。
使用蓝电测试系统，对上述组装的软包电池进行5A/g恒流充放电实验，发现这种石墨化膨胀石墨正极的高性能软包铝离子电池的容量可以保持在96mAh/g。

Claims (3)

1.一种高性能铝离子电池，其特征在于，正极为自支撑的膨胀石墨膜，电解液为三乙胺盐酸盐与三氯化铝按照摩尔比1:1.0～1:1.8组成的混合物；所述自支撑的膨胀石墨膜由膨胀石墨经2000-3000℃温度下保温5分钟-12小时后，再经1-30MPa的压力压制成膜。
2.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于，所述正极与负极之间具有隔膜，所述隔膜由1-6层的玻璃纤维构成。
3.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于，所述负极为铝箔、铝片等。
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