CN110416618A - 一种铝离子电解质溶液和镁离子电解质溶液及电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝离子和镁离子电解质溶液与电池，它们分别由离子载体和导电增强剂溶解于有机溶剂组成。作为一种应用实例，本发明提供了基于铝离子、镁离子电解质溶液组成了硫铝和硫镁离子电池方案。它们是将碳‑硫分子间化合物电极，以及金属铝或金属镁作为电池的两极，电池内灌注有铝离子或镁离子电解质溶液。组装电池时先将电解质溶液灌注在电池壳体中，再将碳‑硫分子间化合物电极和金属电极浸没于该溶液中，抽真空排气后密封电池壳体后即得到硫铝或硫镁离子电池。它是一种能重复充放电的二次电池，具有能量密度高，性价比高，安全性优于锂离子电池，能快速充放电等优点，适合于用作乘用车动力电池，也可以用做与可再生能源发电装置配套的储能装置。

Description

一种铝离子电解质溶液和镁离子电解质溶液及电池

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种铝离子电解质溶液及电池。

背景技术

目前应用最广的是锂离子电池，它具有能量密度高，充放电循环寿命长等优点。但在安全性能方面，锂离子电池明显不如铅酸电池和碱性电池，从手机到电动汽车，锂离子电池都出现过自燃事故，给相关产品的制造商和用户造成了严重损失。其根本原因是锂离子电池在充放电过程中难免会有金属锂在电极上沉淀，而锂的化学性质过于活泼，只要电池的密封失效，金属锂就会与空气、水汽剧烈反应，并引燃电源系统。此外，制造锂离子电池的锂、钴、镍均面临资源短缺，价格快速上升的势头难以逆转。

从性价比和安全性等因素考虑，铝离子、镁离子电池有可能会取代锂离子电池。首先是金属铝、金属镁的安全性大大高于金属锂。在与空气、水汽接触后，金属铝和金属镁表面会形成钝化膜，不会自燃。此外，铝镁来源广泛，价格远低于锂。硫化铝和硫化镁在能量密度方面远高于目前使用的三元系锂离子电池材料。电解质溶液是硫铝、硫镁离子电池进入商业性应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明尝试为铝离子和镁离子电池提供电解质溶液，并将这种电解质溶液应用于硫铝离子和硫镁离子电池。本发明具体采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种铝离子电解质溶液和一种镁离子电解质溶液。

其中铝离子电解质溶液是由三氟甲磺酸铝与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

同样的，镁离子电解质溶液是由三氟甲磺酸镁与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

所述的碳酸酯溶剂是碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)，γ-丁内酯(GBL)中的一种或数种。

第二方面，本发明提供了一种采用上述电解质溶液的硫铝离子电池或硫镁离子电池。

其中，硫铝离子电池内设置有一组或多组金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极，铝电极用金属铝箔、铝片或铝板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有前述铝离子电解质溶液，抽真空后密封；金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

同样的，硫镁离子电池内设置有一组或多组金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极，镁电极用金属镁箔、镁片或镁板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有所述镁离子电解质溶液，抽真空后密封；金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

所述的离子隔膜是锂离子电池所用的商业隔膜，热缩成袋状，将硫铝离子电池或硫镁离子电池的阳极或阴极密封在袋中，从而对另一电极形成分隔。

所述的碳-硫分子间化合物电极是由碳-硫分子间化合物被粘合剂胶结而成，电极中充填有大量纳米至微米级的微孔隙，电极内部植入有一根金属电极丝，作为电极与外电路的物理连接。

所述的碳-硫分子间化合物电极的制备方法包括以下步骤：

1)将粒度小于500目的微晶石墨或导电炭黑与硫磺按碳硫重量比1:0.7至1:0.5混合均匀，装填到高压釜中并压实。

2)对高压釜进行抽真空处理。

3)将真空状态的高压釜连同内部物料加热到450至600℃恒温5-8小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物。

4)将粘合剂和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中粘合剂的浓度为1-3％，乙醇胺1-3％。

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2至1:2.6，得到湿润、压片时不滴水的混合物料。

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的电极丝，压制成型，在90至110℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚。

7)将电极胚在氮气保护下加热到180℃至260℃，恒温2-4小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

所述的粘合剂是水溶性纤维素及其钠盐、水溶性高分子聚合物中的一种或数种，优选推荐使用聚丙烯酸钠(PAAS)，羧甲基纤维素钠(CMC)，聚阴离子纤维素(PAC)，海藻酸钠(sodium alginate)所述的电极丝优选采用镍丝。

本发明提供的铝离子电解质溶液和镁离子电解质溶液采用离子载体和导电增强剂配伍，具有电化学活性和电导率高的优势。基于这种电解质溶液的硫铝离子和硫镁离子电池，具有能量密度高，性价比高，安全性优于锂离子电池，能快速充放电等优点，适合于用作乘用车动力电池，也可以用做与可再生能源发电装置配套的储能装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。各种实现方式中的技术特征在没有相互冲突的情况下，均可进行组合，不构成对本发明的限制。

第一方面，本发明提供了一种铝离子电解质溶液和一种镁离子电解质溶液。

其中铝离子电解质溶液是由三氟甲磺酸铝与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

同样的，镁离子电解质溶液是由三氟甲磺酸镁与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

配方采用了双组份溶质，分别是离子载体和导电增强剂。离子载体推荐使用三氟甲磺铝或三氟甲磺酸镁，它们的作用是给电池提供充放电反应所需要的铝离子或镁离子。优选推荐使用三氟甲磺酸盐是因为它在碳酸酯溶剂中具有较高溶解度，充放电过程不会释放挥发性气体，不腐蚀电极，与膜材料具有较好亲和性与可湿润性。在符合上述条件的前提下，也可以使用其它可溶性盐类混合物作为铝离子或镁离子载体。导电增强剂优选推荐六氟磷酸钠，它溶解于碳酸酯溶剂后能大幅提高溶液的导电性，但在充放电过程中表现相对惰性，不参与电化学反应。导电增强剂也可使用六氟磷酸锂，其导电效果优于六氟磷酸钠，但成本较高，安全性也不如六氟磷酸钠。

所述的碳酸酯溶剂是碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)，γ-丁内酯(GBL)中的一种或数种。碳酸乙烯酯在室温下是固体，一般不单独使用；建议避免使用沸点高于水的碳酸酯，因为电解质溶液在灌注电池前需要加热除水，高沸点碳酸酯在除水过程中较少挥发，在电池使用过程中也具有更高的安全系数。除推荐使用的碳酸酯外，也可以使用其它碳酸酯类化合物作为溶剂。

第二方面，本发明提供了一种采用上述电解质溶液的硫铝离子电池或硫镁离子电池。

其中，硫铝离子电池内设置有一组或多组金属铝电极以及同等数量的碳-硫分子间化合物电极；金属电极用铝箔、铝片、铝板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有铝离子电解质溶液。抽真空后密封；金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

同样的，硫镁离子电池内设置有一组或多组金属镁电极以及同等数量的碳-硫分子间化合物电极；金属电极用镁箔、镁片、镁板制成。两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有镁离子电解质溶液；抽真空后密封；金属电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

所述的离子隔膜是锂离子电池所用的商业隔膜，热缩成袋状，将硫铝离子电池或硫镁离子电池的阳极或阴极密封在袋中，从而对另一电极形成分隔。

用于封装金属电极或碳-硫分子间化合物电极的隔膜是绝缘材料，使电池内部的正、负极彼此分开，防止两极接触而短路，同时也使两种电极在充放电过程保持不同的正负离子强度。对隔膜材料的要求与锂离子电池及其它离子型电池相同，即：对阳离子的透过性，对电解液的耐腐蚀性和浸润性，足够的强度和耐热性。鉴于Al³⁺离子和Mg²⁺离子的半径均小于Li⁺离子，本发明的电池可以使用锂离子电池隔膜，属于成熟的商业产品。除商业锂离子电池隔膜外，也可以使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯微孔膜作为隔膜。

所述的碳-硫分子间化合物电极是由碳-硫分子间化合物被粘合剂胶结而成，电极中充填有大量纳米至微米级的微孔隙，电极内部植入有一根金属镍丝，作为电极与外电路的物理连接。当然电极丝不一定采用镍丝，也可以采用其他的金属丝代替。

所述的碳-硫分子间化合物电极的制备方法包括以下步骤：

1)将粒度小于500目的微晶石墨或导电炭黑与硫磺按碳硫重量比等于1:0.7至1:0.5的比例混合均匀，装填到带抽气装置的高压釜中并压实。

碳、硫形成分子间化合物没有严格的化学计量比，推荐的碳硫比是经过优化的经验值。较高碳硫比合成的产物导电性好，但能量密度相对降低；较低碳硫比合成的产物导电性下降，但能量密度提高。

2)将高压釜的排气阀连接到真空泵上，抽真空后关闭排气阀。

对高压釜进行抽真空是为了确保安全，防止在后续加热过程中发生高压釜涨裂。

3)将高压釜连同物料放入马弗炉中，加热到450至600℃恒温5-8小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物。

碳硫结合成键的必要条件是使二者密切接触，形成诱导偶极矩和瞬时偶极矩，为此需要将体系加热到硫磺的沸点(445℃)以上。高压釜的密闭环境能提高体系内硫的蒸气压，形成有利于碳硫均匀混合并充分接触的物理条件。

碳硫在高温下能发生化学反应生成二硫化碳：

C+2S＝CS₂↑ (1)

上式反应的起始温度约为500℃，考虑到(1)式反应等因素，建议在使用炭黑为原料时，优化的加热温度为450至500℃；若以微晶石墨为原料，推荐的加热温度为500至600℃。

4)将粘合剂和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中粘合剂的浓度为1-3％，乙醇胺1-3％。

所述的粘合剂是水溶性纤维素及其钠盐、水溶性高分子聚合物中的一种或数种，优选推荐使用聚丙烯酸钠(PAAS)，羧甲基纤维素钠(CMC)，聚阴离子纤维素(PAC)，海藻酸钠(sodium alginate)。这类粘合剂的共性为：水溶性、溶涨性，高粘度，烘干后对电池的电解质溶液表现为化学惰性、不溶解性及可湿润性。这些物理与化学性质使它们适合于用作炭质电极的粘合剂。除上述优选推荐的粘合剂外，在满足前述条件的前提下，也可以使用其它种类的高分子化合物作为粘合剂。

在粘合剂中添加乙醇胺的目的是改善碳-硫分子间化合物在介质中的分散性。此外，在后续加热过程中乙醇胺分解气化，并且不留下残留物，因此能在电极内部形成连通性孔隙，提高电极的比表面积。

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2至1:2.6，得到湿润、压片时不滴水的混合物料。

将碳-硫分子间化合物与溶解有分散剂(乙醇胺)和粘结剂的水溶液混合后充分搅拌，得到的产物为湿润的固体。水溶液加入量不宜过多，以免增加后道脱水工序的能耗。粘合剂过量也会导致电极的内阻升高。

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的镍丝，压制成型，在90至110℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚。

物料装入模具前烘至半干是为了让电极胚体具有较高的初期强度，并防止烘干后收缩率过大。所说的专用模具是指用于压制形成电极胚的模具，模具中具有与电极胚和电池形态一致的型腔。为方便脱模，模具在使用前应在其内壁涂抹脱模剂，如石墨粉。建议使用真空烘箱是为了避免硫磺被氧化。

7)将电极胚放入马弗炉中，在氮气保护下加热到180℃至260℃，恒温2-4小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

加热温度需高于乙醇胺的沸点。乙醇胺的沸点为170.5℃，温度高于沸点完全蒸发并分解，能在电极中形成连通性孔隙，有效增加电极内部的孔隙度和比表面积。加热温度不要超过300℃，否则会造成碳-硫分子间化合物分解和硫的快速蒸发。使用氮气保护是为了防止电极被氧化。得到的碳-硫分子间化合物电极应密闭保存，防止受潮。

上述方法制备的碳-硫分子间化合物是由单质硫借助范德华力、疏水作用力等次级键与微晶石墨或导电炭黑结合形成的弱键化合物。使用碳-硫分子间化合物制作电极实现了两种物质优势互补，即碳的高导电性和硫的高活性与高能量密度。和以往工作使用过的碳硫混合物不同，碳-硫分子间化合物制备的电极不存在碳/硫颗粒间界面，有效降低了电极的内阻，提高了电池的快速充放电性能。

上述电池中，电池壳体在密封前需抽真空，以便排除碳-硫分子间化合物电极，以及离子隔膜内部微孔中的空气，使电解质溶液与电极、隔膜充分接触，防止微气泡阻隔阳离子的传导。

对于硫铝离子电池，充电时将碳-硫分子间化合物电极连接外电路负极，铝电极连接外电路正极，接通外加电场时阴极通过外电路获得电子，并从电解质溶液中获得Al³⁺离子，形成硫化铝；阳极上的金属铝溶解进入溶液，补充溶液中铝离子的损失。电化学反应为：

3S+2Al³⁺+6e^-＝Al₂S₃ (2，阴极反应)

2Al⁰-6e^-＝2Al³⁺ (2’，阳极极反应)

放电时碳-硫分子间化合物电极通过外电路释放电子并失去Al³⁺离子，铝电极通过外电路得到电子，并接受Al³⁺离子的沉淀。电化学反应为：

Al₂S₃-6e^-＝3S+2Al³⁺ (3，阴极反应)

2Al³⁺+6e^-＝2Al⁰ (3’，阳极极反应)

电池总反应为：

(往右为充电，往左为放电) (4)

在充放电反应中，碳-硫分子间化合物电极容纳Al³⁺离子的能力和铝电极能够提供的Al³⁺离子总量存在化学量比关系。考虑到铝电极不仅是阳离子来源，还要承担阳极集流体和导体的作用，建议在设计电池时金属铝电极的质量与碳-硫分子间化合物阳极的质量比应为1:3至1:6。控制铝电极与碳-硫分子间化合物电极的质量比能有效提高电池的能量密度。

对于硫镁离子电池，充电时将碳-硫分子间化合物电极连接外电路负极，镁电极连接外电路正极，接通外加电场时阴极通过外电路获得电子，并从电解质溶液中获得Al³⁺离子，形成硫化镁；阳极上的金属镁溶解进入溶液，补充溶液中镁离子的损失。电化学反应为：

S+Mg²⁺+2e^-＝MgS (5，阴极反应)

Mg⁰-2e^-＝Mg²⁺ (5’，阳极极反应)

放电时碳-硫分子间化合物电极通过外电路释放电子并失去Mg²⁺离子，镁电极通过外电路得到电子，并接受Mg²⁺离子的沉淀。电化学反应为：

离子S-2e^-＝S+Mg²⁺ (6，阴极反应)

Mg²⁺+2e^-＝Mg⁰ (6’，阳极极反应)

电池总反应为：

(往右为充电，往左为放电) (7)

在充放电反应中，碳-硫分子间化合物电极容纳Mg²⁺离子的能力和镁电极能够提供的Mg²⁺离子总量存在化学量比关系。考虑到镁电极不仅是阳离子来源，还要承担阳极集流体和导体的作用，建议在设计电池时金属镁电极的质量与碳-硫分子间化合物电极的质量比应为1:3至1:6。控制镁电极与碳-硫分子间化合物阳极的质量比能有效提高电池的能量密度。

在(2)至(7)式的充放电反应中，碳-硫分子间化合物电极中的碳是电化学惰性组分，起导电作用。

下面结合实施例对本发明作详细说明。其中实施例1至3为铝离子电解质溶液的制备实施例；实施例4至6为镁离子电解质溶液的制备实施例，实施例7至9为碳-硫分子间化合物电极的制备实施例；实施例10和11为铝硫离子电池的制备实施例，其中的铝离子电解质溶液和碳-硫分子间化合物电极可采用前述实施例制备得到；实施例12和13为镁硫离子电池的制备实施例，其中的镁离子电解质溶液和碳-硫分子间化合物电极可采用前述实施例制备得到。

实施例1

按重量比为1:1的比例，将三氟甲磺酸铝和六氟磷酸钠混合，再加入重量为固体3倍的碳酸甲乙酯溶剂，搅拌至固体完全溶解，加热到得110℃恒温8小时去除水分，得到铝离子电解质溶液。

实施例2

按重量比为1:1.5的比例，将三氟甲磺酸铝和六氟磷酸钠混合，再加入重量为固体5倍的γ-丁内酯溶剂，搅拌至固体完全溶解，加热到得130℃恒温5小时去除水分，到铝离子电解质溶液。得到铝离子电解质溶液。

实施例3

按重量比为1:1.3的比例，将三氟甲磺酸铝和六氟磷酸锂混合，再加入重量为固体4倍的混合碳酸酯溶剂，溶剂中EC：EMC：DEC＝2:4:4。搅拌至固体完全溶解，加热到得120℃恒温6小时去除水分，得到铝离子电解质溶液。

实施例4

按重量比为1:1的比例，将三氟甲磺酸镁和六氟磷酸钠混合，再加入重量为固体3倍的碳酸甲乙酯溶剂，搅拌至固体完全溶解，加热到得110℃恒温8小时去除水分，得到镁离子电解质溶液。

实施例5

按重量比为1:1.5的比例，将三氟甲磺酸镁和六氟磷酸钠混合，再加入重量为固体5倍的γ-丁内酯溶剂，搅拌至固体完全溶解，加热到得130℃恒温5小时去除水分，得到镁离子电解质溶液。

实施例6

按重量比为1:1.3的比例，将三氟甲磺酸镁和六氟磷酸锂混合，再加入重量为固体4倍的混合碳酸酯溶剂，溶剂中EC：EMC：DEC＝2:4:4。搅拌至固体完全溶解，加热到得120℃恒温6小时去除水分，得到镁离子电解质溶液。

实施例7

1)将粒度小于500目的微晶石墨与硫磺按碳硫重量比等于1:0.7的比例混合均匀，装填到带抽气装置的高压釜中并压实。

2)将高压釜的排气阀连接到真空泵上，抽真空后关闭排气阀。

3)将高压釜连同物料放入马弗炉中，加热到600℃恒温5小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物。

4)将聚丙烯酸钠和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中聚丙烯酸钠1％，乙醇胺3％。

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2，得到湿润、压片时不滴水的混合物料。

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的镍丝，压制成型，在110℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚。

7)将电极胚放入马弗炉中，在氮气保护下加热到260℃，恒温2小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

实施例8

1)将炭黑与硫磺按碳硫重量比等于1:0.5的比例混合均匀，装填到带抽气装置的高压釜中并压实。

2)将高压釜的排气阀连接到真空泵上，抽真空后关闭排气阀。

3)将高压釜连同物料放入马弗炉中，加热到450℃恒温8小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物。

4)将海藻酸钠和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中海藻酸钠3％，乙醇胺1％。

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2.6，得到湿润、压片时不滴水的混合物料。

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的镍丝，压制成型，在90℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚。

7)将电极胚放入马弗炉中，在氮气保护下加热到180℃，恒温4小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

实施例9

1)将粒度小于500目的微晶石墨与硫磺按碳硫重量比等于1:0.5的比例混合均匀，装填到带抽气装置的高压釜中并压实。

2)将高压釜的排气阀连接到真空泵上，抽真空后关闭排气阀。

3)将高压釜连同物料放入马弗炉中，加热到550℃恒温6小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物。

4)将羧甲基纤维素钠和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中羧甲基纤维素钠2％，乙醇胺2％。

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2.2，得到湿润、压片时不滴水的混合物料。

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的镍丝，压制成型，在100℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚。

7)将电极胚放入马弗炉中，在氮气保护下加热到240℃，恒温3小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

实施例10

1)将50×50×2mm的碳-硫分子间化合物电极封装在锂离子膜制成的小袋中，电极上的导线穿过小袋。

2)用适当大小的铝塑复合膜包装袋作为电池的软包兼铝箔电极，铝膜朝内。将盛有碳-硫分子间化合物电极锂离子膜小袋装入铝塑复合膜包装袋，电极上的导线穿过铝塑复合膜包装袋封口处预先剥除少量铝膜并涂覆复合胶黏剂形成绝缘；另在铝塑复合膜包装袋口适当部位嵌入导线，作为铝箔电极与外电路的连接。

3)灌注铝离子电解质溶液，抽真空后对铝塑复合膜包装袋进行封口处理，得到采用碳-硫分子间化合物电极的铝硫离子软包电池。

4)使用时碳-硫分子间化合物电极连接外电路的阴极，铝箔电极连接外电路的阳极。

实施例11

1)取11组50×50×2mm的碳-硫分子间化合物电极，11组50×50×0.4mm封装在锂离子膜小袋中的铝片作为铝电极。电极组合后置入适当大小的聚四氟乙烯塑料壳体中。

2)在真空环境下将铝离子电解质溶液注入至电池壳体中，使电解质溶液液面与电极上界面齐平。

3)将调制好的灌封胶浇入电极上部，覆盖电极并充满电池壳体内剩余空间。

4)待灌封硅胶固化后，将铝电极预留的外接条焊接或用导电胶粘结在一起，将碳-硫分子间化合物电极上的导线焊接在一起(并联接法)，作为接外电路的连接，得到碳-硫分子间化合物电极的硬壳电池。

5)使用时碳-硫分子间化合物电极连接外电路的阴极，铝箔电极连接外电路的阳极。

实施例12

1)将50×50×2mm的碳-硫分子间化合物电极封装在锂离子膜制成的小袋中，电极上的导线穿过小袋。

2)用适当大小的镁塑复合膜包装袋作为电池的软包兼镁箔电极，镁膜朝内。将盛有碳-硫分子间化合物电极锂离子膜小袋装入镁塑复合膜包装袋，电极上的导线穿过镁塑复合膜包装袋封口处预先剥除少量镁膜并涂覆复合胶黏剂形成绝缘；另在镁塑复合膜包装袋口适当部位嵌入导线，作为镁箔电极与外电路的连接。

3)灌注镁离子电解质溶液，抽真空后对镁塑复合膜包装袋进行封口处理，得到采用碳-硫分子间化合物电极的镁硫离子软包电池。

4)使用时碳-硫分子间化合物电极连接外电路的阴极，镁箔电极连接外电路的阳极。

实施例13

1)取11组50×50×2mm的碳-硫分子间化合物电极，11组50×50×0.4mm封装在锂离子膜小袋中的镁片作为镁电极。电极组合后置入适当大小的聚四氟乙烯塑料壳体中。

2)在真空环境下将镁离子电解质溶液注入至电池壳体中，使电解质溶液液面与电极上界面齐平。

3)将调制好的灌封胶浇入电极上部，覆盖电极并充满电池壳体内剩余空间。

4)待灌封硅胶固化后，将镁电极预留的外接条焊接或用导电胶粘结在一起，将碳-硫分子间化合物电极上的导线焊接在一起(并联接法)，作为接外电路的连接，得到碳-硫分子间化合物电极的硬壳电池。

5)使用时碳-硫分子间化合物电极连接外电路的阴极，镁箔电极连接外电路的阳极。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝离子电解质溶液，其特征在于，它是由三氟甲磺酸铝与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

2.一种镁离子电解质溶液，其特征在于，它是由三氟甲磺酸镁与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

3.如权利要求1或2所述的电解质溶液，其特征在于，所述的碳酸酯溶剂是碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)，γ-丁内酯(GBL)中的一种或数种。

4.一种采用如权利要求1所述的铝离子电解质溶液的硫铝离子电池，其特征在于，电池内设置有一组或多组金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极，铝电极用金属铝箔、铝片或铝板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有所述铝离子电解质溶液，抽真空后密封；金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

5.一种采用如权利要求2所述的镁离子电解质溶液的硫镁离子电池，其特征在于，电池内设置有一组或多组金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极，镁电极用金属镁箔、镁片或镁板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有所述镁离子电解质溶液，抽真空后密封；金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

6.如权利要求4或5所述的电池，其特征在于所述的碳-硫分子间化合物电极是由碳-硫分子间化合物被粘合剂胶结而成，电极中充填有大量纳米至微米级的微孔隙，电极内部植入有一根金属电极丝，作为电极与外电路的物理连接。

7.如权利要求6所述的电池，其特征在于所述的电极丝为镍丝。

8.如权利要求4或5所述的电池，其特征在于碳-硫分子间化合物电极的制备方法包括以下步骤：

1)将粒度小于500目的微晶石墨或导电炭黑与硫磺按碳硫重量比1:0.7至1:0.5混合均匀，装填到高压釜中并压实；

2)对高压釜进行抽真空处理；

3)将真空状态的高压釜连同内部物料加热到450至600℃恒温5-8小时，冷却到室温后取出，得到碳-硫分子间化合物；

4)将粘合剂和乙醇胺溶解于水，得到混合溶液，混合溶液中粘合剂的浓度为1-3％，乙醇胺1-3％；

5)在搅拌的同时，往碳-硫分子间化合物加入混合溶液，固液比控制在1:2至1:2.6，得到湿润、压片时不滴水的混合物料；

6)将混合物料在真空烘箱中烘至半干后加入模具中，安置好经过预处理的电极丝，压制成型，在90至110℃真空烘箱中烘干，冷却后得到电极胚；

7)将电极胚在氮气保护下加热到180℃至260℃，恒温2-4小时，冷却后取出，得到碳-硫分子间化合物电极。

9.如权利要求4或5所述的电池，其特征在于所述的离子隔膜是锂离子电池所用的商业隔膜，热缩成袋状，将电池的阳极或阴极密封在袋中，从而对另一电极形成分隔。

10.如权利要求4或5所述的电池，其特征在于，所述的粘合剂是水溶性纤维素及其钠盐、水溶性高分子聚合物中的一种或数种，优选为聚丙烯酸钠(PAAS)，羧甲基纤维素钠(CMC)，聚阴离子纤维素(PAC)，海藻酸钠(sodium alginate)。