[发明专利]具有取向的石墨烯的铝二次电池阴极

权利要求书

1.一种铝二次电池，包括阳极、阴极、电子地分离所述阳极和所述阴极的多孔隔膜、以及与所述阳极和所述阴极呈离子接触以支持在所述阳极处铝的可逆沉积和溶解的电解质，其中所述阳极包含铝金属或铝金属合金作为阳极活性材料，并且所述阴极包括对齐的石墨烯片的层，所述对齐的石墨烯片以这样的方式取向，即，使得所述层具有与所述电解质直接接触并面向所述隔膜的石墨烯边缘平面；其中所述对齐的石墨烯片通过粘合剂粘合在一起，并且所述粘合剂在所述对齐的石墨烯片处于压缩状态的同时以化学方式被固化。

2.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述对齐的石墨烯片由以下项的热膨化产物产生：中间相沥青、中间相碳微球(MCMB)、焦炭颗粒、膨胀的石墨薄片、人造石墨颗粒、天然石墨颗粒、高度取向热解石墨、软碳颗粒、硬碳颗粒、多壁碳纳米管、碳纤维、碳化聚合物纤维、或其组合。

3.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述对齐的石墨烯片的层具有从0.5g/cm³至1.8g/cm³的物理密度并且具有中尺度孔，所述中尺度孔具有从2nm至50nm的孔径。

4.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述对齐的石墨烯片的层具有从1.1g/cm³至1.8g/cm³的物理密度并且具有孔，所述孔具有从2nm至5nm的孔径。

5.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述对齐的石墨烯片的层具有从20m^2/g至1,500m^2/g的比表面积。

6.如权利要求1所述的铝二次电池，还包括负载所述铝金属或铝金属合金的阳极集流体，或者还包括负载阴极活性层的阴极集流体。

7.如权利要求6所述的铝二次电池，其中，所述阳极集流体包含导电纳米级长丝的集成纳米结构，所述长丝互连以形成包含互连孔的电子传导路径的多孔网络，其中所述长丝具有小于500nm的横向尺寸。

8.如权利要求7所述的铝二次电池，其中，所述长丝包括选自由以下组成的组的导电材料：电纺纳米纤维、气相生长碳纳米纤维、碳晶须、碳纳米管、纳米级石墨烯片晶、金属纳米线、及其组合。

9.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述电解质选自含水电解质、有机电解质、熔盐电解质、离子液体电解质、或其组合。

10.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述电解质包含AlF₃、AlCl₃、AlBr₃、AlI₃、AlF_xCl_(3-x)、AlBr_xCl_(3-x)、AlI_xCl_(3-x)、或其组合，其中x为从0.01至2.0。

11.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述电解质包含离子液体，所述离子液体包含与选自以下的有机氯化物混合的铝盐：正丁基吡啶鎓氯化物(BuPyCl)、1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物(MEICl)、2-二甲基-3-丙基咪唑鎓氯化物、1,4-二甲基-1,2,4-三唑鎓氯化物(DMTC)、或其混合物。

12.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述电解质还支持在所述阴极处离子的可逆嵌入和脱嵌，其中所述离子包括阳离子、阴离子、或两者。

13.如权利要求1所述的铝二次电池，其中，所述对齐的石墨烯片的层起阴极集流体的作用以在所述铝二次电池的放电期间收集电子，并且其中，所述电池不包含单独的或额外的阴极集流体。