[发明专利]一种高循环性能的二次铝离子电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及高循环性能的二次铝离子电池及制备方法，属于离子电池领域。

背景技术

近年来，铝离子电池逐渐引起人们的关注。因为相对于锂离子而言，铝离子是一种 比较安全的离子。锂离子在电池中会析出金属锂，从而导致电池不安全；然而铝离子不 会产生金属铝或其他的易燃易爆的产品。当前，关于铝离子的配方、容量、放电电压、 循环寿命等性能，都进行了大量的研究。

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TiO_1.976(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CN101937994A提供了一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制 备方法，所述的负极材料由石墨烯与铝按质量比为1∶0.1～100组成，容量达600～ 1200mAh/g。所发明的电池在1-500mA/mg的电流密度下，充放电1-100个循环进行 熟化，熟化后得到锂离子电池石墨烯/铝负极材料。不过该电池的放电平台在1V以下， 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，本发明提供一种高循环性能的二次铝 离子电池及制备方法，采用铝离子作为导电离子，排除电池中存在的锂元素，不会产生 锂离子二次电池的爆炸问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高循环性能的二次铝离子电池，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；所述负极为 铝锰合金，其中Mn的质量占铝锰合金总质量的3-8％；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3：2，小于4：1。

作为优选，所述石墨烯的厚度为50-2000微米。

作为优选，所述铝锰合金中锰、铝以外的其他杂质元素的质量含量总合小于0.1％， 铝锰合金厚度为0.2-2毫米。

作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。

一种上述的高循环性能的二次铝离子电池的制备方法，其特征在于，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，再加入的 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35℃持续搅拌30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98℃持续搅拌15分 钟，直到混合物颜色变为亮黄色；

(2)将上述溶液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， 滴加速度小于5毫升/分钟，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，作为电池的正极；

(2)将[EMIm]Cl与AlCl3按一定比例混合均匀，得到电解液，其中[EMIm]+与Al3+ 摩尔比大于3：2，小于4：1；

(3)按照石墨烯、隔膜、铝锰合金的顺序排列，其中石墨烯为正极，铝锰合金为 负极，注入电解液并封装，便得到铝电池。