[发明专利]一种铝硒二次电池

说明书

一种铝硒二次电池，属于绿色能源电池领域。该铝硒二次电池包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述铝硒二次电池正极采用碳与单质硒的复合材料，负极为铝箔、铝合金、或多种形貌的金属铝及其制品，电解液为含铝活性离子电解液。本发明的铝硒电池在不同温度的测试条件下均具有较高的放电比容量。同时本发明的铝硒二次电池体系为寻求高能量密度铝离子电池提供了契机。

技术领域

本发明属于新能源电池领域，尤其涉及一种可充放式铝硒电池的制备。

背景技术

随着电动汽车和移动电子设备的迅猛发展，市场对高性能二次电池的需求剧增。然而，以锂离子电池为主的新能源器件基于单电子金属的电化学反应，因此其能量密度受到很大限制；锂元素在地壳中的丰度极低，仅为0.0065％，且分布极不均匀，因此锂离子电池的成本严重受制于锂资源，呈现出逐年上涨的趋势；锂的化学活性较强，从而容易导致较严重的安全问题。因此，基于多电子金属如镁、锌、铝等高能量密度二次电池引起了研究者的关注。其中，铝元素是地壳丰度第三的元素和第一的金属元素，质量比含量高达8.3％，因此铝基材料具有明显的低成本优势；铝具有极高的体积比容量(8046mAh/cm³，约为锂的四倍)和较高的质量比容量(2980mAh/g，大于锂)；金属铝表面易形成致密氧化层，能有效防止铝的进一步反应，从而具有较高的安全性和易加工性。因此，铝离子电池是新型电化学储能体系的重要选择之一。

由于其高质量比容量(1675mAh/g)，单质硫成为了提高铝基电池容量的关键正极材料之一。然而，单质硫存在本征电导率低(5×10^-30S cm^-1)、电化学充放电过程中多硫化物穿梭效应等问题，导致了硫电池易衰减的循环性能、较差的倍率性能，这限制了铝硫电池的发展和应用。作为与硫同一主族的元素，硒具有与硫相近的化学性质。然而，单质硒的电导率(1.0×10^-3S cm^-3)高出硫20个数量级，硒在充放电过程中与硫相比可以实现更高利用率，因此电池电化学性能可以显著提升。硒的质量比容量为675mAh/g，而其体积比容量则为～3250mAh/cm³，显著高于多种正极材料。由于以上优点，硒已经作为正极材料被应用于锂硒电池。然而，铝硒电池的研究报道还很少。可以预期，高性能铝硒电池将在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面得到广泛得利用。

发明内容

本发明的目的是利用高导电率的碳硒复合材料作为正极构筑高性能铝硒电池体系，使电池拥有较优的循环寿命和较高的能量密度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种铝硒二次电池，由负极、电解液、隔膜和正极组成。其中负极材料为含铝金属的材料。

本发明所述的负极材料采用固体纯金属铝或铝合金中的任一种，铝合金可任选自金属铝与金属锂、钠、铜、锰、铁、镓、铬、锡、镁、镍、铅、锌或非金属硅组成的二元或多元合金。

电解液：本发明所述含铝电解液分为水系含铝电解液和非水系含铝电解液；水系电解液溶质为水溶性的铝盐，包括但不限于：硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、乙酸铝、三氟甲磺酸铝等中的一种或几种，溶剂为去离子水或超纯水。水系电解液中铝盐的浓度优选0.1～21mol/L。

非水系含铝电解液包含离子液体和卤化铝、添加剂制备的电解液。优选卤化铝和离子液体的摩尔比为：(1.0～3.0)：1，添加剂的质量百分含量0～50％。