CN109659566B - 一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电金属氧化物集流体涂层，特别是涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层，属于电池领域。本发明将氧化铟锡、掺氟氧化锡或者LaNiO3涂层，溅射到透明玻璃、金属箔或者聚合物薄膜上制备成集流体；该集流体在宽电化学窗口(0‑3.0V/0‑2.5V(vs Al))下化学稳定性以及电化学稳定性均良好；在保证了集流体良好效果的同时，有效地降低了集流体的生产及使用成本；且该集流体具有有一定的可弯曲度，使用范围更广。

Description

一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层
技术领域
本发明涉及一种导电金属氧化物集流体涂层，特别是涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层，属于电池领域。
背景技术
近几年新兴的铝离子电池依靠其优势得到了广泛的关注，其主要优势包括铝元素地表储存丰富，解决资源匮乏问题，使用非易燃且电化学稳定的离子液体电解液，解决安全性问题，铝金属负极具有很高的理论比容量(2978mAh g-1and 8034mAh L-1)。但是目前正在发展的铝离子电池同样面临需要解决的问题，包括集流体问题、铝负极腐蚀问题以及电解液成本高昂等问题。其中目前使用效果好的集流体多为具有惰性特征的且在该电解液体系中相应电压范围内性能稳定金属钽箔以及钼箔，但是此类金属资源储存少，价格昂贵，与此同时也有少数研究者使用价格低廉的金属镍箔以及钛箔等，但是这些金属箔片都存在化学以及电化学不稳定性问题，所以难以在铝电池体系中稳定的工作，这些问题都严重阻碍了铝离子电池的进一步发展。
少数研究学者目前已经对铝离子电池体系中的集流体进行了初步的研究：Y.Tak等人(Y.Oh,G.Lee,Y.Tak,ChemElectroChem.2018,5,22,3348-335.)对集流体镍箔、钼铂及钨箔进行了充分的实验，通过化学稳定性测试，发现镍箔在该铝离子电池体系中会存在化学腐蚀，对于电化学稳定性，通过循环伏安法测试，发现镍箔在低电位下会发生不利的副反应，耐压范围窄(0.6-2.5V vs Al)；其次Y.Tak等人同时对钨箔进行了研究，在电压窗口0.0-2.5V(V vs Al)范围内具有稳定的电化学性能，但是其化学稳定性一般；最后Y.Tak等人对金属钼箔进行了研究，研究表明钼箔具有良好的电化学(0.0-2.5V vs Al)以及化学稳定性。H.Yu等人(Y.Zhang,S.Liu,Y.Ji,J.Ma,H.Yu,Adv.Mater.2018,1706310.)在对铝离子电池进行综述阐述时，同样明确指出了获得稳定集流体的重要性。最近S.Wang等人(S.Wang,K.V.Kravchyk,A.N.Filippin,U.Müller,Adv.Sci.2018,1700712.)对新型集流体进行了研究，采用扣式电池结构，将扣式电池不锈钢结构采用物理溅射工艺，溅射一层TiN保护层，获得稳定的集流体结构，并且得到了较好的电化学性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有铝离子电池体系中使用价格低廉集流体导致化学、电化学性能不稳定以及其他贵金属导致的成本高的问题，提供一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层，涂层为导电金属氧化物；所述导电金属氧化物包括：氧化铟锡、掺氟氧化锡或者LaNiO3；
采用所述涂层制备电池集流体：将所述涂层涂覆在集流体基底表面；
所述基底包括：透明玻璃、金属箔或者聚合物薄膜；所述基底的厚度为：0.01mm～10mm；所述涂覆方法为溅射法；
所述金属箔基底包括：纯金属钛、铜、铝、不锈钢、铁或镍；
所述聚合物膜基底包括：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、高分子橡胶或环氧树脂；
所述基底为玻璃片，导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为：将玻璃片基底(厚为0.01mm～10mm)进行超声清洗干净；将样品放置磁控溅射腔体，抽真空，用等离子体氩气清洗表面(1～30min)；衬底温度为室温，功率10～600w，直流溅射，气压1～30mtorr，一面的溅射时间为10～1500min；溅射完成取样。
所述基底为金属箔片，导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为：将金属箔基底(厚为0.01mm～10mm)进行超声清洗干净；将样品放置磁控溅射腔体，抽真空，用等离子体氩气清洗表面(1～30min)；衬底温度为室温，功率10～600w，直流溅射，气压1～30mtorr，一面的溅射时间为10～1500min；溅射完成取样。
所述基底为聚合物薄膜，导电金属氧化物涂层为氧化铟锡以及掺氟氧化锡的集流体的制备方法为：将聚合物薄膜基底(厚为0.01mm～10mm)进行超声清洗干净；将样品放置磁控溅射腔体，抽真空，用等离子体氩气清洗表面(1～30min)；衬底温度为室温，功率10～600w，直流溅射，气压1～30mtorr，一面的溅射时间为10～1500min；溅射完成取样。
一种使用该集流体的铝离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；所述正极极片和负极极片中至少一种使用该发明所涉及集流体。
所述正极极片包括集流体和正极活性物质层，正极活性物质材料可采用碳类材料(石墨烯、碳纸、天然石墨、氧化石墨烯和氟化石墨烯等)、过渡金属氧化物(二氧化钛、五氧化二钒、二氧化钒等)和硫化物(三硫化二镍、硫化镍硫化铜、二硫化钼等)等。
所述负极极片包括集流体和负极活性物质层，负极活性物质材料可采用纯度较高的铝金属(～90％)，或者铝金属与其他金属(铜、铁、镍、锡、铅等)的合金。
所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜等常用隔膜材料。
所述电解液包括咪唑体系电解液、尿素体系电解液以及凝胶聚合物电解质等。
所述咪唑体系电解液为无水AlCl3粉体与1-乙基-3-甲基-氯化咪唑翁([EMIm]Cl)摩尔比1-2混合反应所得最终咪唑体系电解液；所述尿素体系电解液为无水AlCl3粉体与尿素摩尔比1-2混合反应所得最终尿素体系电解液；所述凝胶聚合物电解质为酸性IL加入丙烯酰胺与AlCl3的络合体系中，引发剂引发聚合，得最终凝胶聚合物电解质。
有益效果
1、本发明涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层，将氧化铟锡、掺氟氧化铟锡或者LaNiO3作为集流体耐蚀涂层，具有良好的耐腐蚀效果。
2、本发明涉及一种用于铝离子电池的导电金属氧化物集流体涂层，采用溅射方法等成熟可控的方式涂覆到流体基底层上，制备成集流体，该集流体在宽电化学窗口(0-3.0V/0-2.5V(vs Al))下化学稳定性以及电化学稳定性均良好；在保证了集流体良好效果的同时，有效地降低了集流体的生产及使用成本；且该集流体具有有一定的可弯曲度，使用范围更广。
3、具有本发明涂层的集流体制备的电池具有良好的电化学性能。在电极材料选用4000目的石墨粉为正极材料且集流体基底采用聚酰亚胺时，比容量可达到～120mAh/g。
附图说明
图1为纯氧化铟锡靶材、玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体的Tafel极化曲线；
图2为纯氧化铟锡靶材、玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体的在10mv/s的扫速下的循环伏安曲线；
图3为玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体以及聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体组装的铝离子电池在50mA/g电流密度下的充放电曲线。
具体实施方式
本发明将通过附图和具体实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于以下实施例。
实施例1
本实施例为铝离子电池的集流体耐蚀涂层初步验证可采用如下方法：将购买的纯氧化铟锡靶材线切割成10mm*3mm大小的片，以备电化学测试；
将切割好的纯氧化铟锡靶材片进行表面超声清洁5分钟；选取制备纯氧化铟锡靶材片做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将纯氧化铟锡靶材片、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择正电位阳极极化曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为10mv/s，电位范围为-1～3V vs Pt。实验测试结果如附图1细实线所示，电压可达～1.6V vs Pt，具有较宽的电化学耐压窗口。
实施例2
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.5mm的透明玻璃作为集流体基底，并超声清洗10分钟；2)将超声清洗干净的玻璃晾干后移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成固定尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的玻璃进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备玻璃基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择正电位阳极极化曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为10mv/s，电位范围为-1～3V vs Pt。实验测试结果如附图1细虚线所示，电压可达～1.8V vs Pt，具有较宽的电化学耐压窗口。
实施例3
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成所需尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择正电位阳极极化曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为10mv/s，电位范围为-1～3V vs Pt。实验测试结果如附图1粗实线所示，电压可达～1.0V vs Pt，具有较宽的电化学耐压窗口。
实施例4
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚酰亚胺聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚酰亚胺聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成所需尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的聚酰亚胺聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择正电位阳极极化曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为10mv/s，电位范围为-1～3V vs Pt。实验测试结果如附图1粗虚线所示，电压可达～1.25V vs Pt，具有较宽的电化学耐压窗口。
实施例5
本实施例为铝离子电池的集流体耐蚀涂层初步验证可采用如下方法：将购买的纯氧化铟锡靶材线切割成10mm*3mm大小的片，以备电化学测试；
将切割好的纯氧化铟锡靶材片进行表面超声清洁5分钟；选取制备纯氧化铟锡靶材片做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将纯氧化铟锡靶材片、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择循环伏安曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为5mv/s，电位范围为-1～2V vs Pt。实验测试结果如附图2细实线所示，电压窗口可达～2.7V vs Al，具有较稳定的电化学耐压窗口。
实施例6
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.5mm的透明玻璃作为集流体基底，并超声清洗10分钟；2)将超声清洗干净的玻璃晾干后移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成所需尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的玻璃进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备玻璃基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将玻璃基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择循环伏安曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为5mv/s，电位范围为-1～2V vs Pt。实验测试结果如附图2细虚线所示，电压窗口可达～3.0V vs Al，具有较宽的电化学耐压窗口。
实施例7
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成所需尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择循环伏安曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为5mv/s，电位范围为-1～2V vs Pt。实验测试结果如附图2粗实线所示，电压窗口可达～2.5V vs Al，具有较稳定的电化学耐压窗口。
实施例8
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚酰亚胺(PI)聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚酰亚胺聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并切割成所需尺寸(5*10mm)待用。
将切割好的溅射有氧化铟锡涂层的聚酰亚胺聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做工作电极，金属铝片做对电极，金属铂片做参比电极进行电化学三电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)超声清洗金属铝片以及金属铂片5分钟；
3)在氩气氛围手套箱中将聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体、金属铝片以及金属铂片分别安装于三电极测试装置中，并将提前配好的电解液取适量加入三电极测试装置中，封装好三电极测试装置；
4)将从手套箱中取出三电极测试装置接在电化学工作站的三电极接头上；
5)选择循环伏安曲线测试，设置实验参数，其中扫速设置为5mv/s，电位范围为-1～2V vs Pt。实验测试结果如附图2粗虚线所示，电压窗口可达～2.5V vs Al，具有较稳定的电化学耐压窗口。
实施例9
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.5mm的透明玻璃(glass)作为集流体基底，并超声清洗10分钟；2)将超声清洗干净的玻璃晾干后移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并剪裁成所需尺寸(8*8mm)待用。
将剪裁好的溅射有氧化铟锡涂层的玻璃进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备玻璃基底溅射氧化铟锡集流体做正极集流体，其中集流体上涂覆石墨正极材料，金属铝片做负极，隔膜选取玻璃纤维，进行两电极恒流充放电测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)正极制备。将4000目石墨与导电炭以及PVDF以8:1:1混合并研磨均匀，加入NMP研磨成适合粘度的浆料，继而均匀涂覆于溅射了氧化铟锡的集流体上，置于真空烘箱80℃环境下烘干12h；
3)超声清洗金属铝30秒；
4)裁剪玻璃纤维隔膜(10*10mm)；
5)在氩气氛围手套箱中将涂覆有石墨材料的具有氧化铟锡涂层的玻璃基底集流体、隔膜以及金属铝片按顺序放置于Swagelock电池模具中，放置隔膜后先滴适量电解液，随后将电池组装，拧紧；
6)将从手套箱中取出的电池进行恒流充放电测试。设置实验参数，其中电流密度设置为50mA/g，电位范围为0.1-2.4V vs Al。实验测试结果如附图3细实线所示，有明显的充放电平台，且其比容量可达到～50mAh/g，具有较稳定的充电放电曲线。
实施例10
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并剪裁成所需尺寸(8*8mm)待用。
将剪裁好的溅射有氧化铟锡涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做正极集流体，其中集流体上涂覆石墨正极材料，金属铝片做负极，隔膜选取玻璃纤维，进行两电极测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)正极制备。将4000目石墨与导电炭以及PVDF以8:1:1混合并研磨均匀，加入NMP研磨成适合粘度的浆料，继而均匀涂覆于溅射了氧化铟锡的集流体上，置于真空烘箱80℃环境下烘干12h；
3)超声清洗金属铝30秒；
4)裁剪玻璃纤维隔膜(10*10mm)；
5)在氩气氛围手套箱中将涂覆有石墨材料的具有氧化铟锡涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物薄膜基底集流体、隔膜以及金属铝片按顺序放置于Swagelock电池模具中，放置隔膜后先滴适量电解液，随后将电池组装，拧紧；
6)将从手套箱中取出的电池进行恒流充放电测试。设置实验参数，其中电流密度设置为50mA/g，电位范围为0.1-2.4V vs Al。实验测试结果如附图3细虚线所示，有明显的充放电平台，且其比容量可达到～80mAh/g，具有较稳定的充电放电曲线。
实施例11
本实施例的铝离子电池集流体的制备方法如下：1)选取厚度为0.025mm的聚酰亚胺(PI)聚合物薄膜作为集流体基底；2)将聚酰亚胺聚合物薄膜基底移至磁控溅射腔体；3)设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70+-10min；4)溅射完成取样，溅射厚度为350nm+-10nm；5)取出溅射样品并剪裁成所需尺寸(8*8mm)待用。
将剪裁好的溅射有氧化铟锡涂层的聚酰亚胺聚合物薄膜进行表面清洁，使用酒精棉擦拭；选取制备聚酰亚胺聚合物薄膜基底溅射氧化铟锡集流体做正极集流体，其中集流体上涂覆石墨正极材料，金属铝片做负极，隔膜选取玻璃纤维，进行两电极恒流充放电测试。
测试步骤包括：
1)制备铝离子电池咪唑体系电解液。配置体系所需使用的含铝离子的非水系离子电解液，配制前将材料在真空烘箱内烘干，移至手套箱，以AlCl3：[EMIm]Cl＝1.3(摩尔比)在氩气氛围手套箱内混合，室温磁力搅拌，直至所搅拌物质成为可自由流动的液体，即所需离子液体电解液；
2)正极制备。将4000目石墨与导电炭以及PVDF以8:1:1混合并研磨均匀，加入NMP研磨成适合粘度的浆料，继而均匀涂覆于溅射了氧化铟锡的集流体上，置于真空烘箱80℃环境下烘干12h；
3)超声清洗金属铝30秒；
4)裁剪玻璃纤维隔膜(10*10mm)；
5)在氩气氛围手套箱中将涂覆有石墨材料的具有氧化铟锡涂层的聚酰亚胺聚合物薄膜基底集流体、隔膜以及金属铝片按顺序放置于Swagelock电池模具中，放置隔膜后先滴适量电解液，随后将电池组装，拧紧；
6)将从手套箱中取出的电池进行恒流充放电测试。设置实验参数，其中电流密度设置为50mA/g，电位范围为0.1-2.4V vs Al。实验测试结果如附图3粗实线所示，有明显的充放电平台，且其比容量可达到～120mAh/g，具有较稳定的充电放电曲线。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用导电金属氧化物集流体涂层的铝离子电池，包括正极极片、负极极片、集流体、隔膜和电解液，其特征在于：所述集流体涂覆的导电金属氧化物涂层为氧化铟锡；
集流体基底为透明玻璃；
制备所述集流体的方法如下：选取厚度为0.5mm的透明玻璃作为集流体基底，并超声清洗10分钟，将超声清洗干净的玻璃晾干后移至磁控溅射腔体，设定溅射参数：衬底温度为室温，功率70w，直流溅射，气压3mtorr，一面的溅射时间为70±10min，溅射完成取样得到集流体，溅射厚度为350nm±10nm；
2.根据权利要求1所述的铝离子电池，其特征在于：所述正极极片包括集流体和正极活性物质层，正极活性物质材料采用碳类材料、过渡金属氧化物和硫化物；
所述负极极片包括集流体和负极活性物质层，负极活性物质材料采用纯度不小于90％的铝金属，或者铝金属与其他金属的合金；
所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜常用隔膜材料；
所述电解液包括咪唑体系电解液、尿素体系电解液。
3.根据权利要求2所述的铝离子电池，其特征在于：所述咪唑体系电解液为无水AlCl3粉体与1-乙基-3-甲基-氯化咪唑翁摩尔比1-2混合反应所得最终咪唑体系电解液；所述尿素体系电解液为无水AlCl3粉体与尿素摩尔比1-2混合反应所得最终尿素体系电解液；
所述碳类材料包括：石墨烯、碳纸、天然石墨、氧化石墨烯和氟化石墨烯；所述过渡金属氧化物包括：二氧化钛、五氧化二钒和二氧化钒；所述硫化物包括：硫化镍、硫化铜和二硫化钼。
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