[发明专利]一种高石墨化度正极的铝离子电池

说明书

技术领域

本发明属于新型电池领域，涉及一种高石墨化度正极的铝离子电池。

背景技术

斯坦福大学戴宏杰教授展示了一种以热解石墨为正极、金属铝为负极、离子液体为电解质的铝离子电池，具有超快的充放电能力【Lin,M.C.,M.Gong,et al.(2015)."An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery."Nature 520(7547):325-328】。该电池能在4A/g的电流密度下连续充放电，容量保持60mAh/g左右。经过计算，其能量密度达到40Wh/kg，与铅酸、镍氢电池能量密度相当；其功率密度达到3kW/kg，与超级电容器的功率密度相近。另外，由于铝离子电池使用了离子液体作为电解质，电池的安全性大大提高，可以避免锂离子电池使用过程中出现的燃烧爆炸事故。但是，热解石墨正极材料是通过甲烷气体在泡沫镍上发生化学气相沉积方法制备的，热解石墨沉积完成后还需要将泡沫镍用盐酸除去，整个工艺流程复杂，不易工业化。

浙江大学高超教授使用石墨烯气凝胶做正极，在前述铝离子电池研究的基础上，将铝离子电池的容量提升到100mAh/g，可以在5A/g电流密度下连续充放电【Chen,H.,F.Guo,et al.(2017)."A Defect-Free Principle for Advanced Graphene Cathode of Aluminum-Ion Battery."Advanced Materials 29(12).】。经计算，该铝离子电池能量密度达到60Wh/kg，功率密度达到30kW/kg。同时，高超教授还提出一种石墨烯电极材料的“无缺陷”设计原则：石墨烯气凝胶经过高温处理，缺陷减少，结构更加规整，作为电池材料的活性位增加，因而可以提高电池容量。但是，石墨烯气凝胶正极材料的最大问题是，石墨烯的价格非常昂贵，仅适合做科学探索，无法工业化应用。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高石墨化度正极的铝离子电池，解决现有铝离子电池正极材料制备工艺复杂及原料价格昂贵的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种高石墨化度正极的铝离子电池，正极为高石墨化度的膨胀石墨膜，电解液为1-乙基-3-甲基咪唑氯化物与三氯化铝按照摩尔比1:1.0～1:1.6组成的混合物；所述高石墨化度的膨胀石墨膜由膨胀石墨经2000-3000℃温度下保温5分钟-10小时后，再经1.5-35MPa的压力压制成膜。

进一步地，所述正极与负极之间具有隔膜，所述隔膜由1-6层的玻璃纤维构成。

进一步地，所述负极为铝箔、铝片等。

本发明的有益效果在于：经高温石墨化处理的膨胀石墨，可以除去膨胀石墨中原有的非碳杂原子，提高膨胀石墨的石墨化度。石墨化膨胀石墨作为铝离子电池正极材料，与热解石墨正极材料、石墨烯气凝胶正极材料相比，不仅价格低廉，电极成型工艺简单，而且具有很好的电池比容量和倍率性能，有利于铝离子电池的商业化应用。

附图说明

图1是实施例1中膨胀石墨经2500℃石墨化处理前后的拉曼光谱图。

图2是实施例1制备的、石墨化膨胀石墨正极的扣式铝离子电池的循环性能图。

图3是实施例2制备的、石墨化膨胀石墨正极的扣式铝离子电池的循环性能图。

图4是实施例3制备的、石墨化膨胀石墨正极的软包铝离子电池的循环性能图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步阐述。

应注意，此处实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。

还应注意，在阅读本发明的内容后，本领域技术人员对本发明所做的各种改动和修改，这些等价形式同样属于本发明权利要求书的限定范围。

实施例1：

(1)将商业膨胀石墨放入高温石墨化炉，在2500℃温度下保温5分钟，如图1所示，膨胀石墨经2500℃高温处理后，石墨化度大幅提高；

(2)使用1.5MPa的压力将上述经石墨化处理的膨胀石墨压制成膜，作为正极；

(3)使用4层的玻璃纤维(Whatman)作为正极与负极铝箔之间的隔膜；

(4)使用三氯化铝与1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的混合物为电解液，1-乙基-3-甲基咪唑氯化物与三氯化铝混合摩尔比为1:1.0；