[发明专利]一种多离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种多离子电池及其制备方法，其包含正极、负极和多离子非水离子电解液。其中正极材料采用具有石墨结构碳材料；负极材料采用金属铝或含铝合金；电解液为含有PF₆^‑和AlF₄^‑配离子的非水离子电解液；隔膜为聚丙烯微孔隔膜（PP）或聚乙烯微孔隔膜（PE）或PP/PE/PP混合三层隔膜。本发明对多离子电池的材料进行严格精细的选择，科学合理的组配。本发明所提供的多离子电池能够反复充放电、具有高容量、高循环稳定性、原材料便宜且环境友好，其工作电压可达4.0~4.5 V，循环200圈后，比容量剩余100 mAh/g以上。该多离子电池可广泛应用于电子产业、IT产业、通讯产业等众多领域，也可适用于电动汽车的动力电池。

技术领域

本发明属于储能材料与二次电池技术领域，尤其涉及一种多离子电池及其制备方法。

背景技术

众所周知，锂离子电池自日本索尼公司研制成功以来，由于其具有工作电压高、质量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等突出优点，而备受世人青睐，是21世纪的绿色环保电源。因此很快在电子工业、IT产业、通讯产业等领域获得了广泛应用，也成为电动汽车首选的功力电池之一。目前，高性能锂离子电池电极材料的研究仍是当今电化学、材料科学等众多领域研究的热点。

目前锂离子电池正极活性物质主要为氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂、氧化钒锂和磷酸铁锂。但是这些活性物质都存在一定缺陷，如LiNiO₂在制备过程中很容易形成非化学计量化合物，致使电化学性能不稳定，不耐过充电；LiMn₂O₄虽然耐过充电，安全性较好，但循环性能差，高温容量衰减快；LiFePO₄可大电流快速放电且高温性能好，但低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势；LiCoO₂由于易于制备、工作电压高、结构比较稳定，是目前大量用于生产锂离子电池的正极材料，但经过长期循环外，层状结构会转变为立方尖晶石结构，结构不稳定，循环性能不好。此外，上述正极材料价格都比较贵，而且对环境造成一定的影响，比如，钴氧化合物和钒氧化合物等都有毒性，所以在安全方面也存在一定的隐患。因此，急需开发出一种拥有简单电极材料和高性能的电池。

近年来，一种双离子电池被广泛研究，而且大多研究都以碳材料作为电极材料。Read等报道了一种在高电势下基于Li⁺和PF₆^-离子脱-嵌的双石墨电池，电解液采用1.7 MLiPF₆ FEC-EMC离子电解液，该电池首圈放电比容量达到80 mAh/g，但是循环50圈后其比容量仅剩余56 mAh/g。（文献：Read, J. A., Cresce, A. V., Ervin, M. H., & Xu, K.Dual-graphite chemistry enabled by a high voltage electrolyte. Energy &Environmental Science, 2014, 7(2), 617-620）。Rothermel等报道了一种基于Li⁺和离子电解液中TFSI^-阴离子共同嵌入-脱出石墨结构的双石墨电池，并且采用亚硫酸乙烯酯作为SEI膜形成添加剂，其比容量稳定在50 mAh/g左右。（文献：Rothermel, S., Meister,P., Schmuelling, G., Fromm, O., Meyer, H. W., Nowak, S., & Placke, T. Dual-graphite cells based on the reversible intercalation of bis(trifluoromethanesulfonyl) imide anions from an ionic liquid electrolyte.Energy & Environmental Science, 2014, 7(10), 3412-3423）。