[发明专利]一种高性能的铝电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能的铝电池及制备方法，属于离子电池领域。

背景技术

从上个世纪九十年代工业界开始批量生产锂离子电池开始，在短短的数年间，锂离 子电池便占领了移动设备的电源市场。当前，笔记本电脑、手机、电动工具等设备中使 用的基本上都是液体电解质的锂离子二次电池，甚至电动自行车、电动汽车也开始采用 锂离子电池。然而，由于锂是一种活波的金属，锂离子电池在使用的过程中会带来安全 风险。事实上手机电池爆炸的事件时有发生。特别是当用在电动车、电动工具当中时， 由于电池体积大、容量大，一旦发生事故，其危害性更大。人们开始考虑采用锂以外的 元素作为导电粒子。

中国专利CN104241596A提出了一种可充电铝离子电池及其制备方法，其正极采 用石墨结构的碳材料，负极为高纯铝，电解液为无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的混 合物。该发明采用铝离子作为导电离子，避免了使用锂离子，也由此规避了由于锂离子 引起的导电问题。不过该发明的电池的放电平台在2.4V以下，比锂离子电池的4.2V低 很多，并且其循环次数低。

中国专利CN103915611A公开了一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法，该材 料由二氧化钛纳米树叶组成，二氧化钛纳米树叶的化学组成为TiO1.976(NH)0.024，平 均长度为50nm，宽度为10nm，比表面积为314.2m2/g。该发明制备的电池能够将循 环次数提高到200次，不过其充放电电压仍然较低，在2V以下，远远低于目前商用的 锂离子二次电池。

中国专利CN103825045公开了一种铝离子电池及其制备方法，此铝离子电池的正 极为过渡族金属氧化物、负极为高纯铝；该发明提高了电池的安全性能。不过该电池的 放电电压低于1伏，也远低于目前商用的锂离子二次电池，因此很难取代目前锂离子二 次电池在手机、电动车等领域的应用。

专利CN104078679A开了一种二次铝电池，包括正极、含铝负极和非水电解液。所 述正极为碳纳米管/导电硫化聚合物复合材料。制备成电池后，其放电电压为1.85V，50 次循环后容量衰减大于20％。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高性能的铝电池及制 备方法，能够克服当前锂离子电池的安全性问题，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明的高性能的铝电池，包括正极、负极、电解液 和连接所述正极及负极的隔膜，所述正极为石墨烯-镍的复合材料，其中镍为纳米颗粒 镶嵌于石墨烯中，镍颗粒的直径介于0.5微米到10微米之间；所述负极为高纯铝；所述 电解液为包含有Al³⁺、Cl^-、[EMIm]⁺构成的混合物，其中[EMIm]⁺与Al³⁺摩尔比大于0.8， 小于1.5。

作为优选，所述石墨烯-镍的复合材料厚度为50-2000微米，镍的质量为复合材料 总量在的1-20％。

作为优选，所述高纯铝中杂质元素的质量含量总合小于0.1％，高纯铝厚度为0.2-2 毫米。

作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。

一种上述的高性能的铝电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨粉加入装有浓硫酸的容器中，容器置于冰浴中，搅拌均匀，再加入高 锰酸钾粉末，石墨粉与高锰酸钾的质量之比为1:1.5-1:2，保持温度20℃以下搅拌均匀， 将搅拌均匀后的溶液升温到32～38℃后持续搅拌28～32分钟，接着滴加速度小于5毫升 /分钟的向溶液中加入去离子水以及浓度为30％的双氧水，并把混合物升温到95℃ ～100℃并持续搅拌15分钟，直到混合物颜色变为亮黄色；

(2)在上述溶液中加入直径介于0.5微米到10微米的镍粉，镍粉的质量少于石墨 粉的1/5，在超声分散仪中振荡分散，得到稳定的分散液，然后滴加水合肼5-10毫升并 均匀搅拌)，并将此溶液放入油浴中加热到100℃后，恒温反应30分钟，然后用半透膜 过滤，将得到的产物分别用去离子水、甲醇、乙醇交替洗涤4次，最后在60℃条件下充 分干燥，得到的产物就是石墨烯-镍复合薄片，用作正极；