[发明专利]一种低温无机熔盐铝离子超级电容电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型绿色能源电池应用于电子产业、通信产业及电动车动力电池等领域，尤其涉及一种低温无机熔盐铝离子超级电容电池及其制备方法。

背景技术

近年来，环境污染和温室效应日益加剧，煤炭、石油和天然气等不可再生化石燃料日益枯竭，能源危机和环境保护成为世界面临的两大难题。因此，开发并利用清洁可再生能源成为了当前研究的热点，其中电能因其处于多种能源转换的核心阶段而成为了整个可再生能源开发和利用的关键。自日本SONY公司成功推出锂离子电池以来，锂离子电池便迅速在电子产品、动力能源、军事领域等多方面得到了广泛的应用，目前二次电池仍然以锂离子电池为主。但是由于锂资源的局限导致成本昂贵以及较大的安全隐患限制了锂离子电池的进一步发展。要将锂离子电池大规模应用于风能、太阳能以及潮汐能等绿色环保能源的能量转换与储存几乎是不可能完成的任务。另外，锂离子电池因负极枝状晶的生成所存在的安全隐患使得人们一直在寻求新的电池体系。近来，低温熔盐二次电池进入了人们的视线。相对于常温离子电池，低温熔融盐二次电池离子迁移率快，电极极化小、有利于能量的高效率储存与转换。本发明采用原料广泛且成本低廉的石墨以及过渡金属硫化物和金属铝作为电池正、负极，采用含铝离子的熔融卤化物为电解质，可有效并大规模应用于多种可再生清洁能源的储存于利用。

焦树强等在2013年采用过渡金属氧化物作为铝离子电池正极材料，这也是首次提出超价电池的概念。研究发现，尽管其电位平台较低，但起有较高的比容量和稳定的循环性能（WangW,JiangB,XiongW,etal.Anewcathodematerialforsuper-valentbatterybasedonaluminiumionintercalationanddeintercalation[J].Scientificreports,2013,3）。

焦树强等在2014年申请了中国发明专利No.CN201410419495.1报道了采用石墨类碳质材料作为铝离子电池的正极材料，高纯铝为负极材料的一种可充电铝离子二次电池，该团队对此类电池进行了一系列相关的研究工作，采用碳纸作为铝离子电池正极材料，循环100圈后，其剩余比容量高达66.92mAhg^-1，而且有较高的循环稳定性能（文献：SunH,WangW,YuZ,etal.Anewaluminium-ionbatterywithhighvoltage,highsafetyandlowcost[J].ChemicalCommunications,2015,51(59):11892-11895）。最近，斯坦福大学的Dai等人发表在《Nature》杂志上的一篇名为“一种超快可充电铝离子电池”的文章再次引起了广泛的关注（文献：LinMC,GongM,LuB,etal.Anultrafastrechargeablealuminium-ionbattery[J].Nature,2015），研究采用热解石墨和3维石墨泡沫作为铝离子电池正极材料，其比容量稳定在60mAhg^-1以上。

焦树强团队近期申请的中国发明专利（No.CN201410592604.X和No.CN201510002870.7分别报道了采用层状结构的MoS₂和WS₂作为铝离子电池的正极材料，由于其特殊的S-M-S（M=Mo、W）三层式层状结构，M-S原子间为共价键，层与层之间以弱的范德华力相连，这种材料，层内键作用强，而层间相对较弱，可以作为电化学嵌铝及其复杂离子电极材料。说明了金属硫化物作为铝离子电池正极材料的可行性。

发明内容

本发明提供一种可用于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的能量储存与转换利用的熔盐电池，突出的充放电比容量，优异的循环性能、能量转换效率以及较好的安全性、清洁性使得其可大规模应用于多种绿色清洁能源的高效率储存与转换的低温无机熔盐铝离子超级电容电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种低温无机熔盐铝离子超级电容电池，该电容电池包含正极、负极和电解质及电解池装置，其中，所述正极为碳材料和过渡金属硫化物的复合物，负极为固态金属铝或其固态合金，所述电解质为氯化铝和碱金属或者碱土金属氯化物的混合熔盐体系。