CN117174914A - 一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法，属于集流体及电化学腐蚀技术领域，所述三维集流体为碳纳米管纸，三维集流体的制备方法，包括以下步骤：S1、将碳纳米管纸剪切为圆片后，使用超声清洗，并烘干；S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金。本发明所采用的三维集流体以碳纳米管纸为基底，碳纳米管纸具有较大的比表面积以及丰富孔隙结构，可以有效降低形核电位，减小实际电流密度。采用磁控溅射喷金后的碳纳米管纸与金属铝的晶格适配度更高，可以诱导金属铝初始外延沉积，形成铝金合金，提高铝沉积的均一性，采用磁控溅射法喷金的碳纳米管纸，工艺合成简便，喷金时间可控，有助于后期的工艺放大化生产。
Description
技术领域
本发明属于集流体及电化学腐蚀技术领域，具体涉及一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法。
背景技术
社会的不断进步，电化学储能系统在逐步成为研究的热点的同时，也走进了人们的日常生活，这就要求电化学储能系统不但需要高安全、稳定、低成本，也需要对环境友好。
在实际反应过程中，由于铝可以转移三个电子，从而具有较高的功率密度和能量密度，金属铝负极的理论比容量可达2980mAh·g-1。目前的铝离子电池具有资源丰富、来源广泛且可采用电化学稳定的离子液体作电解液等诸多优点，但在铝离子的发展中也不可避免的存在着一些问题和挑战。
在铝离子电池中，日常使用的都是价格低廉的镍箔作为集流体，但镍箔在铝离子电池体系中会存在化学腐蚀的情况，且在低电位下会发生较多的副反应，导致库伦效率降低，严重的化学腐蚀也会引发安全问题，一系列的原因限制了铝离子电池的进一步应用，因此更加稳定的铝离子电池的集流体急需被开发。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法。
所述三维集流体为喷金的碳纳米管纸。
进一步地，一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纳米管纸剪切为圆片后，使用超声清洗，并烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金。
进一步地，所述步骤S1的圆片直径为11-14mm，超声清洗的溶液为无水乙醇，超声清洗次数为3-8次。
进一步地，所述步骤S2的磁控溅射的工作气氛为纯Ar或N2，溅射时间为3-10min，溅射电压为300-350V。
进一步地，所述磁控溅射喷涂金属的基底材料为含碳材料，所述含碳材料为碳纳米管纸、碳布、碳纸。
所述磁控溅射的靶材为金属，所述金属为金、铝、银。
进一步地，所述三维集流体采用电沉积法在其表面上均匀负载铝金属。
进一步地，所述三维集流体上负载的铝离子容量为1-10mAh/cm2，恒电流沉积的电流密度为0.5-3mA/cm2。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所采用的三维集流体以碳纳米管纸为基底，碳纳米管纸具有较大的比表面积以及丰富孔隙结构，可以有效降低形核电位，减小实际电流密度。
(2)本发明采用磁控溅射喷金后的碳纳米管纸与金属铝的晶格适配度更高，可以诱导金属铝初始外延沉积，形成铝金合金，提高铝沉积的均一性。
(3)本发明磁控溅射喷金时间为3-10min，可以达到最优效果，喷金时间过短无法有效诱导铝沉积，而喷金时间过长又会覆盖基底材料，减少集流体的导电性。
(4)本发明采用磁控溅射法喷金的碳纳米管纸，工艺合成简便，喷金时间可控，有助于后期的工艺放大化生产。
本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是采用实施例1制备的喷金后的碳纳米管纸集流体的扫描电子显微镜图。
图2是采用实施例1制备的CNT@Au集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.2mA/cm2时的过电位图。
图3是采用实施例1制备的CNT@Au集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.2mA/cm2时活化后在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2时的库伦效率图。
图4是采用实施例1制备的CNT@Au集流体与Al组装的对电池的交流阻抗图。
图5是采用实施例1制备的CNT@Au集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.5mA/cm2情况下沉积1mAh/cm2的CNT@Au电极的扫描电子显微镜图。
图6是采用实施例1制备的CNT@Au集流体沉积3mAh/cm2容量的铝金属后作为正负极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2时的长循环性能图。
图7是采用对比例1制备的Ni集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.2mA/cm2时的过电位图。
图8是采用对比例1制备的Ni集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.2mA/cm2时活化后在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2时的库伦效率图。
图9是采用对比例1制备的Ni集流体与Al组装的对电池的交流阻抗图。
图10是采用对比例1制备的Ni集流体与Al组装的对电池在电流密度为0.5mA/cm2情况下沉积1mAh/cm2的Ni电极的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例中：
微观形貌表征：样品的微观形貌采用场发射扫描电子显微镜(Regulus8230)观测，加速电压5.0kV；
电化学性能测试：利用Land系统对所组装的CR 2032电池进行电化学性能测试，并记录测试数据。
实施例1
一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备：
S1、将碳纳米管纸裁剪为直径为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次后取出进行烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，直流磁控溅射的工作气氛为纯Ar，喷金时间为3min，喷金电压为320V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
根据图1的SEM图结果显示通过磁控溅射，金均匀的覆盖在碳纳米管纸表面。
电化学性能测试：将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：如图2所示，在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位非常低，仅为-0.2V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率；如图3所示，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.76％。
交流阻抗测试：将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。
交流阻抗测试结果：如图4所示，Al-CNT@Au电池的界面阻抗较小，约为2500Ω，该数值说明喷金碳纳米管纸三维集流体结构有利于提高铝离子电池界面反应的传输速率。
将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，如图5所示，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积均匀。
将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，如图6所示，对电池循环超过200h之后曲线仍是平坦的，说明该对电池循环性能良好。
实施例2
一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备：
S1、将碳纳米管纸裁剪为直径为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次后取出进行烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，直流磁控溅射的工作气氛为纯Ar，喷金时间为10min，喷金电压为320V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
电化学性能测试：将实施例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位非常低，为-0.22V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.71％。
交流阻抗测试：将实施例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Au电池的界面阻抗较小，约为2800Ω，说明喷金碳纳米管纸三维集流体结构有利于提高铝离子电池界面反应的传输速率。
将实施例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，之后拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积均匀。
将实施例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池循环超过185h之后曲线仍是平坦的，说明该对电池循环性能良好。
实施例3
一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备：
S1、将碳纳米管纸裁剪为直径为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次后取出进行烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，直流磁控溅射的工作气氛为纯Ar，喷金时间为3min，喷金电压为350V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
电化学性能测试：将实施例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位非常低，为-0.23V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.69％。
交流阻抗测试：将实施例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池，
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Au电池的界面阻抗较小，约为2900Ω，说明喷金碳纳米管纸三维集流体结构有利于提高铝离子电池界面反应的传输速率。
将实施例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，之后拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积均匀。
将实施例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池循环超过182h之后曲线仍是平坦的，说明该对电池循环性能良好。
实施例4
一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备：
S1、将碳纳米管纸裁剪为直径为14mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次后取出进行烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，直流磁控溅射的工作气氛为纯Ar，喷金时间为3min，喷金电压为320V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
电化学性能测试：将实施例4中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位非常低，为-0.21V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.71％。
交流阻抗测试：将实施例4中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Au电池的界面阻抗较小，约为2750Ω，说明喷金碳纳米管纸三维集流体结构有利于提高铝离子电池界面反应的传输速率。
将实施例4中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，之后拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积均匀。
将实施例4中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池循环超过189h之后曲线仍是平坦的，说明该对电池循环性能良好。
实施例5
将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为8mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积比较均匀。
实施例6
将实施例1中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为3mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积比较均匀。
实施例7
S1、将碳纳米管纸裁剪为直径大小为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次，取出进行烘干。
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷银，工作气氛为纯Ar，喷银时间为3min，喷金电压为320V，得到表面镀银的碳纳米管纸CNT@Ag。
电化学性能测试：将实施例7中步骤S2制备的CNT@Ag集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Ag电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Ag电池的过电位非常低，为-0.25V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Ag电池库伦效率，Al-CNT@Ag电池的平均库伦效率约为99.66％。
交流阻抗测试：将实施例7中步骤S2制备的CNT@Ag集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Ag电池。
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Ag电池的界面阻抗较小，约为3000Ω，说明该三维集流体结构有利于提高铝离子电池界面反应的传输速率。
将实施例7中步骤S2制备的CNT@Ag流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Ag电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Ag流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Ag极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面形貌清晰，铝离子沉积比较均匀。
将实施例7中步骤S2制备的CNT@Ag流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Ag集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池循环超过180h之后曲线仍是平坦的，说明该对电池循环性能良好。
对了证明本发明的优越性，在此设置对比例1-对比例4：
对比例1
S1、将Ni箔裁剪为直径大小为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次，取出进行烘干。
S2、将制备的Ni和Al片作为电极。
电化学性能测试：以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-Ni电池。
电化学性能测试结果：如图7所示，在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-Ni电池的过电位较大，约为-0.28V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-Ni电池库伦效率，如图8所示，Al-Ni电池的平均库伦效率约为99.47％。
交流阻抗测试：将对比例1制备的Ni和Al片作为电极，以离子液体作为电解液，(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-Ni电池。
交流阻抗测试结果：如图9所示，Al-Ni电池的界面阻抗非常大，高达80000Ω多，说明界面反应的传输速率慢，铝离子电池的倍率性能和循环稳定性较差。
将对比例1制备的Ni集流体和Al片作为电极以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-Ni电池。采用恒电流沉积方式在Ni集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，之后拆卸电池取出Ni电极并对其形貌进行观察，如图10所示，结果显示沉积后的极片表面铝离子沉积非常不均匀。
对比例2
(1)将碳纳米管纸裁剪为直径大小为11mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次，取出进行烘干。
(2)利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，工作气氛为纯Ar，喷金时间为15min，喷金电压为320V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
电化学性能测试：将对比例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位较大，为-0.27V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.58％。
交流阻抗测试：将对比例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Au电池的界面阻抗比较大，约为4000Ω，说明界面反应的传输速率慢，铝离子电池的倍率性能和循环稳定性较差。
将对比例2中步骤S2中制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面铝离子沉积比较不均匀。
将对比例2中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池只循环150h左右，说明该对电池循环性能较差。
对比例3
(1)将碳纳米管纸裁剪为直径大小为16mm的圆片，置于无水乙醇中超声清洗三次，取出进行烘干。
(2)利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金，工作气氛为纯Ar，喷金时间为3min，喷金电压为320V，得到表面镀金的碳纳米管纸CNT@Au。
电化学性能测试：将对比例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
电化学性能测试结果：在电流密度为0.2mA/cm2的情况下，Al-CNT@Au电池的过电位较大，为-0.26V。在电流密度为0.2mA/cm2的条件下活化3圈后，在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下测试Al-CNT@Au电池库伦效率，Al-CNT@Au电池的平均库伦效率约为99.62％。
交流阻抗测试：将对比例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。
交流阻抗测试结果：Al-CNT@Au电池的界面阻抗比较大，约为3200Ω，说明界面反应的传输速率慢，铝离子电池的倍率性能和循环稳定性较差。
将对比例3中步骤S2中制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示沉积后的极片表面铝离子沉积比较不均匀。
将对比例3中步骤S2制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR 2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为3mAh/cm2，沉积电流密度为0.5mA/cm2，得到复合材料，将该复合材料作为电极在电流密度为1mA/cm2，容量为1mAh/cm2的条件下进行电化学性能测试，对电池只循环173h左右，说明该对电池循环性能较差。
对比例4
将实施例1中步骤S2中制备的CNT@Au集流体和Al片作为电极，以离子液体作为电解液(电解液为无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3甲基咪唑氯([EMIM]Cl)按照摩尔比1.3：1混合而成)，以玻璃纤维作为隔膜，组装成CR2032型Al-CNT@Au电池。采用恒电流沉积方式在CNT@Au集流体的一个表面均匀沉积铝金属，沉积的铝离子容量为1mAh/cm2，沉积电流密度为5mA/cm2，拆卸电池取出CNT@Au电极并对其形貌进行观察，结果显示看到沉积后的极片表面铝离子沉积比较不均匀。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种应用于铝离子电池的三维集流体，其特征在于：所述三维集流体为喷金后的碳纳米管纸。
2.根据权利要求1所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体，还包括一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将碳纳米管纸剪切为圆片后，使用超声清洗，并烘干；
S2、利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金。
3.根据权利要求2所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的圆片直径为11-14mm，超声清洗的溶液为无水乙醇，超声清洗次数为3-8次。
4.根据权利要求3所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述步骤S2的磁控溅射的工作气氛为纯Ar或N2，溅射时间为3-10min，溅射电压为300-350V。
5.根据权利要求4所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射喷涂金属的基底材料为含碳材料，所述含碳材料为碳纳米管纸、碳布、碳纸。
6.根据权利要求2所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射的靶材为金属，所述金属为金、铝、银。
7.根据权利要求1所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述三维集流体采用电沉积法在其表面上均匀负载铝金属。
8.根据权利要求6所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述三维集流体上负载的金属离子容量为1-10mAh/cm2，恒电流沉积的电流密度为0.5-3mA/cm2。
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