一種高循環(huán)性能的二次鋁離子電池及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及高循環(huán)性能的二次鋁離子電池及制備方法，屬于離子電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鋁離子電池逐漸引起人們的關(guān)注。因為相對于鋰離子而言，鋁離子是一種比較安全的離子。鋰離子在電池中會析出金屬鋰，從而導致電池不安全;然而鋁離子不會產(chǎn)生金屬鋁或其他的易燃易爆的產(chǎn)品。當前，關(guān)于鋁離子的配方、容量、放電電壓、循環(huán)壽命等性能，都進行了大量的研究。
[0003]中國專利CN103915611A公開了一種水系鋁離子電池陽極材料及其制備方法，該材料由二氧化鈦納米樹葉組成，二氧化鈦納米樹葉的化學組成為T1l.976(NH)Q.024，平均長度為50nm，寬度為10nm，比表面積為314.2m2/g。該發(fā)明制備的電池能夠?qū)⒀h(huán)次數(shù)提高到200次，不過其充放電電壓仍然較低，在2V以下，遠遠低于目前商用的鋰離子二次電池。
[0004]中國專利CN101937994A提供了一種鋰離子電池的石墨烯/鋁復合負極材料及其制備方法，所述的負極材料由石墨烯與鋁按質(zhì)量比為1:0.1?100組成，容量達600?1200mAh/g。所發(fā)明的電池在l-500mA/mg的電流密度下，充放電1-100個循環(huán)進行熟化，熟化后得到鋰離子電池石墨烯/鋁負極材料。不過該電池的放電平臺在IV以下，遠低于目前商用的鋰離子二次電池。
[0005]中國專利CN103825045公開了一種鋁離子電池及其制備方法，此鋁離子電池的正極為過渡族金屬氧化物、負極為高純鋁;該發(fā)明提高了電池的安全性能。不過該電池的放電電壓低于I伏，也遠低于目前商用的鋰離子二次電池，因此很難取代目前鋰離子二次電池在手機、電動車等領(lǐng)域的應用。
[0006]專利CN104078679A開了一種二次鋁電池，包括正極、含鋁負極和非水電解液。所述正極為碳納米管/導電硫化聚合物復合材料。制備成電池后，其放電電壓為1.85V，50次循環(huán)后容量衰減大于20%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種高循環(huán)性能的二次鋁離子電池及制備方法，采用鋁離子作為導電離子，排除電池中存在的鋰元素，不會產(chǎn)生鋰離子二次電池的爆炸問題。
[0008]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種高循環(huán)性能的二次鋁離子電池，包括正極、負極、電解液和連接所述正極及負極的隔膜，所述正極為石墨烯;所述負極為鋁錳合金，其中Mn的質(zhì)量占鋁錳合金總質(zhì)量的3-8%;所述電解液為包含有A13+、C1—、[EMIm]+構(gòu)成的混合物，其中[EMIm]+與Al3+摩爾比大于3:2，小于4:1。
[0009]作為優(yōu)選，所述石墨烯的厚度為50-2000微米。
[0010]作為優(yōu)選，所述鋁錳合金中錳、鋁以外的其他雜質(zhì)元素的質(zhì)量含量總合小于0.1%,鋁錳合金厚度為0.2-2毫米。
[0011]作為優(yōu)選，所述隔膜的厚度為10-50微米。
[0012]—種上述的高循環(huán)性能的二次鋁離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013](I)將石墨粉加入裝有濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌均勻，再加入的高錳酸鉀粉末，石墨粉與高錳酸鉀的質(zhì)量之比為1:1.5-1:2，保持溫度20°C以下攪拌均勻，將攪拌均勻后的溶液升溫到35°C持續(xù)攪拌30分鐘，接著滴加速度小于5毫升/分鐘的向溶液中加入去離子水以及濃度為30%的雙氧水，并把混合物升溫到98°C持續(xù)攪拌15分鐘，直到混合物顏色變?yōu)榱咙S色；
[0014](2)將上述溶液在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩(wěn)定的分散液，然后滴加水合肼，滴加速度小于5毫升/分鐘，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產(chǎn)物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后在60°C條件下充分干燥，得到的產(chǎn)物就是石墨烯，作為電池的正極；
[0015](2)將[EMIm]Cl與A1C13按一定比例混合均勻，得到電解液，其中[EMIm]+與A13+摩爾比大于3:2，小于4:1;
[0016](3)按照石墨烯、隔膜、鋁錳合金的順序排列，其中石墨烯為正極，鋁錳合金為負極，注入電解液并封裝，便得到鋁電池。
[00?7]有益效果:本發(fā)明的尚循環(huán)性能的—■次招尚子電池，有$父尚的熱穩(wěn)定性，能夠克服當前鋰離子電池的安全性問題，不會產(chǎn)生鋰離子二次電池的爆炸問題，并且本發(fā)明制備的電池比已報道的鋁離子二次電池的性能優(yōu)越。該電池的充放電平臺可以達到3.5V以上，循環(huán)壽命可以達到5000次以上，電池的能量密度可以達到90Wh/Kg以上。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
[0019](I)將5克石墨粉加入裝有100毫升濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌30分鐘，此時溫度計顯示為0°C，緩慢加入9克高錳酸鉀粉末，攪拌均勻，并確保此過程中反應體系的溫度在20°C以下，然后將攪拌均勻后的溶液升溫到35°C持續(xù)攪拌30分鐘，接著4毫升/分鐘的向溶液中加入100毫升去離子水以及10毫升濃度為30%的雙氧水，并把混合物升溫到98°C持續(xù)攪拌15分鐘，直到混合物顏色變?yōu)榱咙S色；
[0020](2)將上述溶液在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩(wěn)定的分散液，然后滴加的水合肼6毫升，滴加速度4毫升/分鐘，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產(chǎn)物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C條件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.153cm尺寸的石墨稀薄片，作為電池的正極；
[0021](3)配制電解液:將[EMIm]Cl與AlCl3按5:2的比例混合均勻；
[0022](4)準備PP隔膜，厚度為10微米；
[0023](5)準備負極片:其材料為鋁錳合金，其中錳的質(zhì)量含量為3%，厚度為2毫米；
[0024](6)將以上材料按照石墨烯、PE隔膜、鋁錳合金的順序排列，其中石墨烯為正極，鋁錳合金為負極，注入電解液并封裝，得到鋁離子二次電池；
[0025](7)電池測試:采用Land電化學測試系統(tǒng)，測試得該電池的充放電平臺為3.8V，循環(huán)9000次后，其容量損失8%，電池的能量密度達到117Wh/Kg。
[0026]實施例2
[0027](I)將5克石墨粉加入裝有100毫升濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌30分鐘，此時溫度計顯示為o°c，緩慢加入10克高錳酸鉀粉末，攪拌均勻，并確保此過程中反應體系的溫度在20°c以下，然后將攪拌均勻后的溶液升溫到35°C持續(xù)攪拌30分鐘，接著3.5毫升/分鐘的向溶液中加入100毫升去離子水以及10毫升濃度為30 %的雙氧水，并把混合物升溫到98°C持續(xù)攪拌15分鐘，直到混合物顏色變?yōu)榱咙S色；
[0028](2)將上述溶液在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩(wěn)定的分散液，然后滴加的水合肼6毫升，滴加速度4毫升/分鐘，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產(chǎn)物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C條件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.076cm尺寸的石墨稀薄片，作為電池的正極；
[0029](3)配制電解液:將[EMIm]Cl與AlCl3按4:1的比例混合均勻；
[0030](4)準備PP/PE/PP隔膜，厚度為50微米；
[0031 ] (5)準備負極片:其材料為鋁錳合金，其中錳的質(zhì)量含量為3%，厚度為0.4毫米；
[0032](6)將以上材料按照石墨烯、PE隔膜、鋁錳合金的順序排列，其中石墨烯為正極，鋁錳合金為負極，注入電解液并封裝，得到鋁離子二次電池；
[0033](7)電池測試:采用Land電化學測試系統(tǒng)，測試得該電池的充放電平臺為3.5V，循環(huán)6000次后，其容量損失7%，電池的能量密度為98Wh/Kg。
[0034]實施例3
[0035](I)將5克石墨粉加入裝有100毫升濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌30分鐘，此時溫度計顯示為0°C，緩慢加入9克高錳酸鉀粉末