[发明专利]一种可充放电铝离子电池及其制备工艺

说明书

一种可充放电铝离子电池及其制备工艺，涉及铝离子电池，其正极为Li₃VO₄‑碳基复合材料，所述碳基材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、无定形碳中的任一种或两种的混合物。负极为高纯铝或含铝合金，电解液为含铝离子非水系电解液。所提供的铝离子电池具有比容量高、循环稳定性好、原材料便宜且对环境友好等优点，其首圈放电比容量高达137mAhg^‑1，该铝离子电池可广泛应用于电子通讯、电动汽车等众多领域。

技术领域

本发明涉及铝离子电池，尤其是涉及一种可充放电铝离子电池及其制备工艺。

背景技术

锂离子电池一直被认为是最有前景的电化学储能体系之一，因为它能量密度高、循环寿命长、工作电势高。但近年来随着锂离子电池的大范围推广和应用，锂资源面临枯竭，价格更是逐年攀升。其次，它使用常见的有机电解液，易燃易爆，安全性差。再者，其体积比能量密度低。而铝资源丰富，每年开采量是锂的1000多倍，价格低廉。并且使用离子液体作为电解液，离子液体蒸气压低、无可燃性等优点极大提升了铝离子电池的安全性能，再者，铝负极的体积比能量密度远远高于锂，外加铝离子电池还有可弯折性强、对环境友好等优点，因此对于未来的可穿戴设备电池，易发生碰撞危险易燃易爆的汽车电池，大规模智能电网储能等领域，铝离子电池都有极大的应用前景和应用价值。

目前，铝离子电池研究仍处于初期阶段，正极材料可挑选范围窄，在已报道过的铝离子电池正极材料中，如嵌脱机理型材料泡沫石墨(Lin,M.C.et al.An ultrafastrechargeable aluminium-ion battery[J].Nature,2015)，研究采用热解石墨和三维泡沫石墨作为铝离子电池正极材料，循环性能虽然优异，但其比容量低，致使体系的体积比能量低。又如转化机理型材料FeS₂(文献:Mori,T.et al.Discharge/charge reactionmechanisms of FeS₂cathode material for aluminum rechargeable batteries at 55℃.Journal of Power Sources，2016)，虽然其比容量高，但是循环性能不好。因此，开发高比容量、长循环寿命的铝离子电池正极材料显得尤为重要。

但是迄今为止的专利及文献尚未报道关于Li₃VO₄-碳基复合材料作为正极及用这种正极的铝离子电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种可充放电铝离子电池及其制备工艺。

所述可充放电铝离子电池包括电池正极、电池负极、含铝离子非水系电解液、在电解液中表现电化学惰性的金属箔片集流体、连接所述正极和负极的隔膜；所述电池正极为Li₃VO₄-碳基复合材料，电池负极为金属铝或其合金。

所述Li₃VO₄-碳基复合材料中碳含量按质量百分比可为10％～30％；所述碳基材料可选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、无定形碳等中的至少一种；

所述Li₃VO₄-碳基复合材料的制备方法如下：配制V₂O₅和Li₂CO₃溶液，将V₂O₅和Li₂CO₃溶液混合，加入碳基材料，磁力搅拌4h后，将所得溶液置于喷雾干燥机内进行喷雾干燥，随后将所得粉体在550℃下煅烧4～7h获得Li₃VO₄-碳基复合材料。

所述负极材料为纯度大于90％的金属铝或金属铝与铜、银、镍、铅、锡、铋、铁形成的合金。