CN108376795B - 一种无枝晶、高倍率的铝离子电池 - Google Patents

一种无枝晶、高倍率的铝离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于储能电池技术领域，尤其涉及一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极与所述负极之间的隔离膜，所述负极为多孔铝箔，并且所述多孔铝箔的孔通道方向与铝离子运输方向的夹角为γ，且0o≤γ≤90o。相对于现有技术，本发明使用的负极材料的孔道利于铝离子的传输，提高了器件的充放电速率；而且通过引入多孔结构，有效抑制了平面铝箔作为铝离子电池负极在大电流长循环下产生的枝晶问题，有效提高了器件的循环稳定性和倍率性能。解决了现有技术中铝离子电池由于枝晶产生而倍率性能、循环稳定特性不足的技术问题。

Description

一种无枝晶、高倍率的铝离子电池
技术领域
本发明属于储能电池技术领域，尤其涉及一种无枝晶、高倍率的铝离子电池。
背景技术
近年来，各种新型移动电子设备和电动汽车不断更迭出现，而伴随而来的能源枯竭、环境污染问题却不容忽视，因此寻找可持续的清洁能源成为科学界一直关注的焦点。
目前，具有能量密度高、自放电率低等优势的锂离子电池及其产业不断地蓬勃发展，广泛应用于各种便携式电子设备中，已经实现商品化。但是，现有的锂离子电池技术由于存在如充放电速率较慢、安全性较差、成本较高等问题已经无法满足实际的需要，这为其他新型能源技术的发展提供了契机。
基于最丰富的金属元素(铝)，可充放铝离子电池(AIB)对替换锂离子电池(LIB)在便携式电子设备和大型能量储存电网中的地位提供了可能性。从实际应用的角度来看，AIB在成本、环境安全方面比LIB更具有优势。首先，Al价格便宜，无毒的和不可燃，可以回收利用，考虑到每年在手机、笔记本电脑中消耗数十亿小的LIB，这样的AIB技术可以是革命性的。此外，AIB使用的离子液体电解液，不易燃，安全性高。近几年，人们对于铝离子电池的研究也越来越多，大多数都集中于阴极材料，试图解决阻碍铝离子电池实际应用的循环性差、容量低、工作电压窗口小的问题，比如V2O5、天然鳞片石墨、有机聚合物。但针对于负极的改进研究还几乎处于空白状态。
在铝离子电池体系中，一般直接采用高纯度铝箔直接作为负极材料，但其表面的氧化铝膜会造成早期容量损失。而且在不断往其表面镀铝和脱铝，长时间后不可避免会由于浓度极化而产生铝枝晶，会刺穿隔离膜，造成电池短路的安全隐患。
当采用适当的阴极材料后，铝枝晶产生的必然性会导致电池的循环稳定性和倍率性能有局限。因此，确定好合适的阴极材料和电解液后，对铝负极的改良开发，为进一步提高铝电容量、循环稳定性和倍率性提供了可能性。
有鉴于此，本发明旨在提供一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，其使用的负极材料的孔道利于铝离子的传输，提高了器件的充放电速率；而且通过引入多孔结构，有效抑制了平面铝箔作为铝离子电池负极在大电流长循环下产生的枝晶问题，有效提高了器件的循环稳定性和倍率性能。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，其使用的负极材料的孔道利于铝离子的传输，提高了器件的充放电速率；而且通过引入多孔结构，有效抑制了平面铝箔作为铝离子电池负极在大电流长循环下产生的枝晶问题，有效提高了器件的循环稳定性和倍率性能。解决了现有技术中铝离子电池由于枝晶产生而倍率性能、循环稳定特性不足的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极与所述负极之间的隔离膜，所述负极为多孔铝箔，并且所述多孔铝箔的孔通道方向与铝离子运输方向的夹角为γ，且0°≤γ≤90°，即孔通道方向与离子传输方向之间的关系包括垂直、平行和斜交三种关系中至少一种。其多孔结构提高了铝负极的表面积，分散了电流密度。一般情况下，当电流密度过大时，溶液中的离子扩散过程为速控步骤时，浓度极化相比电化学极化占据主导地位，会使凸峰处的金属沉积量大于凹谷处的沉积量，进一步扩大表面的不平性，形成枝晶。当电流密度被分散，浓度极化的主导作用被削减，外电路的电子传输转而变成速控步骤，凸峰处的金属沉积量等于凹谷处的沉积量，不会产生枝晶，大大延长了电池的循环寿命，提高了电池的倍率性能。
也就是说，负极铝箔的内部密布着孔道，通过引入多孔结构，有效提高了铝负极的真实表面积，起到分散电流密度的作用，在往铝负极上镀铝和脱铝的过程中，有效减小浓度极化对电极电位影响，同时在一定程度上能够抑制铝枝晶的生成，提高铝离子电池的循环稳定性和倍率性能。该电化学刻蚀造孔方法的提出，可以有效解决纯化学刻蚀不均匀的问题，并且可以控制造孔的速率和孔的形貌。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，所述多孔铝箔为通过电化学刻蚀法而制得。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，所述电化学刻蚀法的具体步骤为：将铝箔作为阳极、铂片作为阴极置于刻蚀电解液中进行直流刻蚀，铝箔与铂片之间呈0°-90°角。也就是说，本发明中多孔铝箔的孔通道方向与铝离子运输方向的夹角是通过改变阳极铝箔和负极铂片在电解液中的相对位置来控制的。如果两电极片相对且平行，则形成的更多是90°角；但如果不平行，则形成的角度会小于90°。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，所述刻蚀电解液为含氯离子的酸性或中性溶液。
具体的，含氯离子的酸性溶液可以是盐酸，还可以是盐酸与其他酸(如硫酸、磷酸、硝酸和氯酸)的混合物，也可以是酸(如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氯酸)与含氯离子的AlCl3溶液、NaCl溶液、KCl等的混合物；含氯离子的中性溶液如AlCl3溶液、NaCl溶液、KCl等。总之，以上物质可以随机组合，只要组合后的溶液中含有Cl离子即可。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，刻蚀过程中，刻蚀电解液的温度为60℃-100℃，刻蚀的电流密度为50-350mA·cm-2，刻蚀的通电时间为30-900s。通过控制电解液温度、电流密度、通电时间等参数可控制孔隙率p大小。本发明所使用的是直流电化学刻蚀，采用热的含Cl-的酸性溶液或中性溶液，直接将铝箔刻蚀出孔洞，反应简单且快。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，刻蚀前，先将铝箔在酸或碱中浸泡5min-30min，进行化学前处理除油，然后水洗烘干。其中，酸可以是盐酸、硫酸、硝酸等，碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾等。前处理的作用主要是除油、除氧化膜。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，所述多孔铝箔的孔隙率为15％-70％。
作为本发明无枝晶、高倍率的铝离子电池的一种改进，所述正极为天然石墨、石墨烯膜、热解石墨、石墨泡沫中的至少一种，相比而言，天然石墨材料易得，简化了电池制作工艺，组装后电池容量相对可观，性能总体不错。所述隔离膜为玻璃纤维或纤维素隔离膜，所述电解液为AlCl3/[EMIm]Cl(氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓)、AlCl3/EMC(碳酸甲乙酯)、AlCl3/EiPS(乙基异丙基砜)中的至少一种。电解液为AlCl3/[EMIm]Cl时，AlCl3、[EMIm]Cl的摩尔比例优选(1-1.5)：1，优选1.3:1，此时，铝离子的稳定性较好，离子流动性也好。该负极材料的使用使得铝离子电池在大电流充放电循环下电位稳定，不产生枝晶。具体的，该铝离子电池的电位稳定，不产生枝晶的倍率区间的0-30A g-1。
相对于现有技术，本发明采用电化学刻蚀铝箔的方法来制备铝离子电池的负极材料，由于电化学刻蚀铝箔的机理为隧道刻蚀形成许多沿深度方向发展的腐蚀小孔。当电解液达到一定温度时，铝箔开始被腐蚀。铝箔的比表面积随刻蚀时间延长而增大，说明随刻蚀时间延长，铝箔表面的腐蚀孔增多，粗糙程度增大。电解液选用热的含氯酸性溶液，氯离子能够在铝表面刻蚀出小孔，随着H2的产生，孔的深度增加。控制这些变量能够可以改变孔的形貌和刻蚀后铝箔孔隙率的大小。
总之，本发明的有益效果是：
(一)本发明创新性地制备并采用了一种无枝晶、高倍率的铝离子电池负极材料；
(二)该负极材料的孔道利于铝离子的传输，提高了器件的充放电速率；
(三)通过引入多孔结构，有效抑制了平面铝箔作为铝离子电池负极在大电流长循环下产生的枝晶问题，有效提高了器件的循环稳定性和倍率性能。
(四)电化学刻蚀的方法可控的调控孔形貌大小和密度，可探究铝离子在孔结构的传输机理及得到铝离子电池的可控构建。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。
图1为实施例1的组装的铝离子电池的比容量曲线和库伦效率曲线。
图2为实施例20中循环后负极材料的SEM图。
图3为实施例20的组装的铝离子电池的比容量曲线和库伦效率曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极与所述负极之间的隔离膜，所述负极为多孔铝箔，并且所述多孔铝箔的孔通道方向与铝离子运输方向的夹角为γ，且0°≤γ≤90°，该多孔铝箔可以通过电化学刻蚀的方法进行造孔制备，通过控制电解液温度、电流密度、通电时间等参数可控制孔隙率大小；其在大电流充放电循环下电位稳定，不产生枝晶。
其中，所述孔通道方向与离子传输方向包括垂直、平行和斜交三种关系。
可以理解地，孔的结构会影响离子在孔道里的传输速率和铝箔的比表面积。孔结构能提高铝箔的比表面积，起到分散电流密度的作用，但是同时要更有利于离子在铝负极上发生镀铝、脱铝反应。当孔通道与离子传输方向处于斜交状态时，两方面都能兼顾到，在能很好发生表面反应的同时，又能达到不错的离子传输效果。
本发明的实施例中，优选孔通道斜交于离子传输方向的多孔铝箔。
所述电化学刻蚀的电解液为含氯离子的酸性或中性溶液。
可以理解地，氯离子具有刻蚀作用，它是铝箔上孔形成的引发条件。而孔道的延伸与腐蚀区域的扩大是靠铝与酸反应产生的氢气所造成的。且含Cl-和H+的浓度越大，发孔密度越大，但HCl的浓度高易引起铝箔的自腐蚀，因此如果采用直流电电化学刻蚀，应选用低浓度的盐酸；且由于直流电刻蚀，只存在一次发孔机会，为提高发孔密度可以引入其他离子或者其他酸。
在本发明的实施例中，优选含有低浓度的盐酸电解液进行直流刻蚀，可以选择性引入其他离子提高发孔密度。
所述电解液温度为60℃-100℃，电化学刻蚀的电流密度为50-350mA cm-2，通电时间为0-900s，孔隙率p大小为0％-70％。
可以理解地，电解液温度、刻蚀的电流密度以及通电的时长会很大程度上影响发孔密度和孔的生长形貌。电解液温度越高，孔的生长速度越快，当电解液温度低于60℃时，基本上认为无发孔效果；而当电解液温度高于100℃时，溶液发生沸腾，溶质HCl挥发严重，同样会降低发孔和孔生长的效果。当温度为90℃时，孔的生长速度达到最大。电流密度越大，发孔密度增加；通电时间的延长，孔的深度增大。当电流密度过小时，发孔密度不够，处理时间不够时，孔隙率太小，很难达到材料作为器件负极抑制枝晶的目的，而当电流密度过大，处理时间过长时，随着刻蚀行为的推进，小孔会合并成大孔，孔隙率太大，而造成结构崩塌，铝箔强度变差，甚至完全溶解。
在本发明的实施例中，优选温度为90℃的电解液，电化学刻蚀的电流密度为200mAcm-2，通电时间为300s，孔隙率为55％。
所述其电位稳定，不产生枝晶的倍率区间的0-30Ag-1。
可以理解地，若已选定具体某一种正极材料，则器件可承受的电流倍率区间有限。但当选用具有多孔结构的材料作为器件负极时，其可承受倍率区间扩大，而当电流倍率超过这个区间，它仍然会产生枝晶，器件的循环性变差，容量损失严重。
在本发明的实施例中，优选电位稳定，不产生枝晶的倍率区间的0-30Ag-1。
此外，铝离子电池中，正极为天然石墨、石墨烯膜、热解石墨、石墨泡沫中的至少一种，隔离膜为玻璃纤维或纤维素隔离膜，电解液为AlCl3/[EMIm]Cl、AlCl3/EMC、AlCl3/EiPS中的至少一种。
实施例1：
(1)制备负极材料
先用1M HCl浸泡倍率区间的0-30A g-1高纯度铝箔10min，进行化学前处理除油，水洗后置于烘箱中烘干。称重后，将铝箔作为阳极，铂片作为阴极，铝箔和铂片成45°角置于电解液中，于90℃的1M HCl和3M H2SO4进行直流电刻蚀300s，电流密度为200mA cm-2。刻蚀完后水洗，干燥，称重。
(2)配制铝离子电池电解液
选取三氯化铝(AlCl3)作为溶质，氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓([EMIm]Cl)作为溶剂，按摩尔分数比为1.3分别称量AlCl3和[EMIm]Cl。在70℃下先使[EMIm]Cl熔化为液体，利用磁子搅拌，接着缓慢加入AlCl3粉末，继续搅拌形成淡黄色铝基离子液体电解液。
(3)铝离子电池的组装
将天然石墨材料与聚四氟乙烯按质量比8:1制成电极，压在打磨、清洗、干燥后的钼片上作为正极，负极采用刻蚀后的铝箔，正负极之间采用玻璃纤维隔离膜隔开，组成铝离子软包装电池。
实施例2：选择铝箔片与铂片之间夹角为0°，其余与实施例1相同。
实施例3：选择铝箔片与铂片之间夹角为30°，其余与实施例1相同。
实施例4：选择铝箔片与铂片之间夹角为60°，其余与实施例1相同。
实施例5：选择铝箔片与铂片之间夹角为90°，其余与实施例1相同。
将实施例1-5中所制备的负极材料组装的铝离子电池进行CV测试和恒电流充放电测试，测试倍率为1A g-1和10A g-1。其中，实施例1的铝离子电池的比容量曲线和库伦效率曲线如图1所示，所用铝片与铂片间夹角、离子扩散系数、不同倍率下容量大小和高倍率下容量保持率如下表1所示。
表1：实施例1至5的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000081
如表1所示：直流刻蚀铝箔的制备过程中，采用同样的电解液，控制一样的电解温度、电解时间和电流大小等变量不变，铝片与铂片间的夹角大小会相应地影响孔通道和离子传输方向的夹角大小，进而对离子传输速率、容量等产生影响。当夹角趋近于90°，离子传输变慢；当夹角趋近于0°时，反应的有效面积变小，这两者均会导致容量变低。且倍率越大时，对比越明显。
实施例6：直流刻蚀电解液采用1M NaCl中性溶液，其余与实施例1相同。
实施例7：直流刻蚀电解液采用1M HCl酸性溶液，其余与实施例1相同。
实施例8：直流刻蚀电解液采用5M HCl酸性溶液，其余与实施例1相同。
实施例9：直流刻蚀电解液采用2.5M H2SO4中性溶液，其余与实施例1相同。
将实施例1，实施例6-9，中所制备出的负极材料进行孔隙率计算、SEM表征和所组装成的铝离子电池进行恒电流充放电测试，测试倍率为1A g-1。所用电解液种类、孔隙率、发孔密度、孔的深度、10Ag-1下的容量以及容量保持率如表2。
表2：实施例6至9的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000091
如表2所示，当固定铝片和铂片的位子，采用同样的电解电流、电解温度、电解时间，电解液的种类不同会对发孔和后续孔的形成有很大影响。电解液中氯离子越少，发孔密度越小；当电解液中H离子越大时，孔的生长越完全，深度越大。发孔密度大，深度足够时，器件的容量也相应提升，且保持率不错。但当HCl浓度过大，铝片腐蚀过度，长循环易发生粉化，致使容量衰减严重。因此，选用合适电解液，对制备完美多孔结构负极材料和构建高性能的铝离子电池具有重要意义。
实施例10：直流刻蚀的电解液温度采用50℃，其余与实施例1相同。
实施例11：直流刻蚀的电解液温度采用75℃，其余与实施例1相同。
实施例12：直流刻蚀的电解液温度采用110℃，其余与实施例1相同。
将实施例1，实施例10，11，12中制备的负极材料进行SEM表征和所组装成的铝离子电池进行恒电流充放电测试，测试倍率为1A g-1和10A g-1。所用温度大小、孔隙率、孔的生长速度，1A g-1下的比容量、10A g-1下的比容量及高倍率下容量保持率，如表3所示。
表3：实施例10至12的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000092
Figure BDA0001619163900000101
如表3所示：电解液温度会很大程度上影响发孔密度和孔的生长形貌。电解液温度越高，孔的生长速度越快，当电解液温度低于60°时，基本上认为不会产生腐蚀小孔；而当电解液温度高于100°时，溶质HCl挥发严重，同样会降低发孔和孔生长的效果。当温度为90°时，孔的生长速度达到最大，所构建的铝离子电池的容量和保持率都不错。
实施例13：直流刻蚀的电流密度采用50mA cm-2，其余与实施例1相同。
实施例14：直流刻蚀的电流密度采用100mA cm-2，其余与实施例1相同。
实施例15：直流刻蚀的电流密度采用300mA cm-2，其余与实施例1相同。
将实施例1，实施例13-15中制备的负极材料进行SEM表征和所组装成的铝离子电池进行恒电流充放电测试，测试倍率为1A g-1和10Ag-1。所用电流密度大小、孔隙率、发孔密度、1Ag-1下的比容量、10Ag-1下的比容量及高倍率下容量保持率，如表4所示。
表4：实施例13至15的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000102
如表4所示：当其他条件保持一定时，电流密度会很大程度上影响直流刻蚀的第一次也是唯一一次的发孔效果。一般而言，电解的电流密度越高，发孔的密度越大。但当电流密度达到300mA cm-2时，第一次的发孔密度明显增大，但时间一长，会造成孔隙率太大，致使强度降低，用作铝离子电池负极材料后，高倍率长循环后容量保持率会下降。当温度为200mA cm-2时，发孔密度不错，1A g-1下的比容量和10A g-1下的比容量以及高倍率下的容量保持率均不错。
实施例16：直流刻蚀的通电时长采用50s，其余与实施例1相同。
实施例17：直流刻蚀的通电时长采用150s，其余与实施例1相同。
实施例18：直流刻蚀的通电时长采用450s，其余与实施例1相同。
实施例19：直流刻蚀的通电时长采用600s，其余与实施例1相同。
将实施例1，实施例13-15中制备的负极材料进行SEM表征和所组装成的铝离子电池进行恒电流充放电测试，测试倍率为1Ag-1和10Ag-1。所用通电时长大小、孔隙率、1Ag-1下的比容量、10Ag-1下的比容量及高倍率下容量保持率，如表5所示。
表5：实施例16至19的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000111
如表5所示，通电时长影响孔的深度，处理时间越大，则孔隙率越大。但如果孔隙率太大，用作铝离子电池负极材料后，高倍率长循环后容量保持率会下降。由表六可知，通电300s最合适。
实施例20：直接采用未刻蚀的高纯铝箔作为负极，其余与实施例1相同。
实施例21：直接采用孔隙率为30％的铝箔作为负极，其余与实施例1相同。
实施例22：直接采用孔隙率为70％的铝箔铝箔作为负极，其余与实施例1相同。
将实施例1，实施例20-22中所组装的铝离子电池进行不同倍率的充放电测试，测试倍率分别为1A g-1、5A g-1、10A g-1、20A g-1、25A g-1、30A g-1、35A g-1，循环1000圈后进行SEM扫描测试，观察是否有枝晶。所用不同项目、不同倍率、有无枝晶，如表6所示。其中，实施例20中循环后负极材料的SEM图如图2所示。实施例20的组装的铝离子电池的比容量曲线和库伦效率曲线如图3所示。
表6：实施例20至22的铝离子电池的性能参数。
Figure BDA0001619163900000121
如表6所示：将孔隙率不同的负极材料所组装的铝离子电池在不同的高倍率下进行充放电测试，发现当孔隙率不为0时，循环后在0-10A g-1区间内无枝晶；当孔隙率为55％时，循环后在0-30A g-1区间内均无枝晶。对比发现：多孔结构的存在，扩大了其长循环不产生枝晶的倍率区间。而孔隙率小于55％或者大于55％，均会稍微缩小区间。铝离子电池在实际应用中，需考虑其倍率区间等因素。
实施例23：
(1)制备负极材料
先用1M NAOH浸泡倍率区间的0-30A g-1高纯度铝箔20min，进行化学前处理除油，水洗后置于烘箱中烘干。称重后，将铝箔作为阳极，铂片作为阴极，铝箔和铂片成45°角置于电解液中，于90℃的1M HCl和3M硝酸进行直流电刻蚀300s，电流密度为200mA cm-2。刻蚀完后水洗，干燥，称重。
(2)配制铝离子电池电解液
选取三氯化铝(AlCl3)作为溶质，氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓([EMIm]Cl)作为溶剂，按摩尔分数比为1.1分别称量AlCl3和[EMIm]Cl。在70℃下先使[EMIm]Cl熔化为液体，利用磁子搅拌，接着缓慢加入AlCl3粉末，继续搅拌形成淡黄色铝基离子液体电解液。
(3)铝离子电池的组装
将热解石墨材料与聚四氟乙烯按质量比8:1制成电极，压在打磨、清洗、干燥后的钼片上作为正极，负极采用刻蚀后的铝箔，正负极之间采用纤维素隔离膜隔开，组成铝离子软包装电池。
实施例24：
(1)制备负极材料
先用1M硫酸浸泡倍率区间的0-30A g-1高纯度铝箔15min，进行化学前处理除油，水洗后置于烘箱中烘干。称重后，将铝箔作为阳极，铂片作为阴极，铝箔和铂片成45°角置于电解液中，于90℃的1M HCl和3M NaCl进行直流电刻蚀300s，电流密度为200mA cm-2。刻蚀完后水洗，干燥，称重。
(2)配制铝离子电池电解液
选取三氯化铝(AlCl3)作为溶质，EMC作为溶剂，按摩尔分数比为1.1分别称量AlCl3和EMC。在70℃下先使EMC熔化为液体，利用磁子搅拌，接着缓慢加入AlCl3粉末，继续搅拌形成铝基电解液。
(3)铝离子电池的组装
将石墨泡沫材料与聚四氟乙烯按质量比8:1制成电极，压在打磨、清洗、干燥后的钼片上作为正极，负极采用刻蚀后的铝箔，正负极之间采用纤维素隔离膜隔开，组成铝离子软包装电池。
实施例25：
(1)制备负极材料
先用1M氢氧化钾浸泡倍率区间的0-30A g-1高纯度铝箔12min，进行化学前处理除油，水洗后置于烘箱中烘干。称重后，将铝箔作为阳极，铂片作为阴极，铝箔和铂片成45°角置于电解液中，于90℃的1M HCl和3M AlCl3进行直流电刻蚀300s，电流密度为200mA cm-2。刻蚀完后水洗，干燥，称重。
(2)配制铝离子电池电解液
选取三氯化铝(AlCl3)作为溶质，EMC作为溶剂，按摩尔分数比为1.2分别称量AlCl3和EMC。在70℃下先使EMC熔化为液体，利用磁子搅拌，接着缓慢加入AlCl3粉末，继续搅拌形成铝基电解液。
(3)铝离子电池的组装
将天然石墨材料与聚四氟乙烯按质量比8:1制成电极，压在打磨、清洗、干燥后的钼片上作为正极，负极采用刻蚀后的铝箔，正负极之间采用玻璃纤维隔开，组成铝离子软包装电池。
实施例26：
(1)制备负极材料
先用1M硫酸浸泡倍率区间的0-30A g-1高纯度铝箔25min，进行化学前处理除油，水洗后置于烘箱中烘干。称重后，将铝箔作为阳极，铂片作为阴极，铝箔和铂片成45°角置于电解液中，于90℃的1M氯化铝进行直流电刻蚀300s，电流密度为200mA cm-2。刻蚀完后水洗，干燥，称重。
(2)配制铝离子电池电解液
选取三氯化铝(AlCl3)作为溶质，氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓([EMIm]Cl)作为溶剂，按摩尔分数比为1.2分别称量AlCl3和[EMIm]Cl。在70℃下先使[EMIm]Cl熔化为液体，利用磁子搅拌，接着缓慢加入AlCl3粉末，继续搅拌形成淡黄色铝基离子液体电解液。
(3)铝离子电池的组装
将热解石墨材料与聚四氟乙烯按质量比8:1制成电极，压在打磨、清洗、干燥后的钼片上作为正极，负极采用刻蚀后的铝箔，正负极之间采用纤维素隔离膜隔开，组成铝离子软包装电池。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，以上实施方式仅是用于解释权利要求书。然本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无枝晶、高倍率的铝离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极与所述负极之间的隔离膜，其特征在于：所述负极为多孔铝箔，并且所述多孔铝箔的孔通道方向与铝离子运输方向的夹角为γ，且0°≤γ≤90°；所述多孔铝箔为通过电化学刻蚀法而制得；所述电化学刻蚀法的具体步骤为：将铝箔作为阳极、铂片作为阴极置于刻蚀电解液中进行直流刻蚀，铝箔与铂片之间呈0°-90°角；所述刻蚀电解液为含氯离子的酸性溶液或中性溶液；刻蚀过程中，刻蚀电解液的温度为60℃-100℃，刻蚀的电流密度为50-350mA·cm-2，刻蚀的通电时间为30-900s。
2.根据权利要求1所述的无枝晶、高倍率的铝离子电池，其特征在于，刻蚀前，先将铝箔在酸或碱中浸泡5min-30min，进行化学前处理除油，然后水洗烘干。
3.根据权利要求1所述的无枝晶、高倍率的铝离子电池，其特征在于，含氯离子的酸性溶液为盐酸，或者为盐酸与其他酸的混合物，所述其他酸为硫酸、磷酸、硝酸和氯酸中的至少一种；
或者，所述氯离子的酸性溶液为含氯盐与无机酸的混合物，所述无机酸为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氯酸中的至少一种，所述含氯盐为AlCl3、NaCl和KCl中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的无枝晶、高倍率的铝离子电池，其特征在于，含氯离子的中性溶液为AlCl3溶液、NaCl溶液或KCl溶液。
5.根据权利要求1所述的无枝晶、高倍率的铝离子电池，其特征在于：所述多孔铝箔的孔隙率为15％-70％。
6.根据权利要求1所述的无枝晶、高倍率的铝离子电池，其特征在于：所述正极为天然石墨、石墨烯膜、热解石墨、石墨泡沫中的至少一种；所述隔离膜为玻璃纤维或纤维素隔离膜，所述电解液为AlCl3/[EMIm]Cl、AlCl3/EMC、AlCl3/EiPS中的至少一种。
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