[发明专利]一种新型铝双离子电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型铝双离子电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：首先制备石墨正极材料；然后制备覆盖有铝纳米线集群铝箔负极材料；再制备高氯酸铝电解液；最后将石墨正极材料、铝箔负极材料和高氯酸铝电解液组装成铝双离子电池。本发明的石墨正极高度多孔具有大空间可以大大降低电解液中阴离子嵌入石墨的深度，加快电池的运行速度；铝箔负极表面具有铝纳米线组成的三维网状结构纳米线集群，三维网络结构的大空间有利于电解液离子的运输，并有效减少电极重量以增加电池的能量密度；高氯酸铝电解液中氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂的添加有利于电极表面SEI膜的形成，从而增加电极稳定性，有效增加电池循环寿命。

技术领域

本发明涉及离子电池技术领域，尤其涉及一种新型铝双离子电池的制备方法。

背景技术

当前，石油、煤炭等化石燃料的大量使用，造成化石能源日渐枯竭、环境严重污染、全球气候日益变暖。大规模开发可再生清洁能源替代传统化石能源，谋求人与环境的和谐发展显得尤为迫切。按照“十三五”规划，我国在“十三五”期间，将大幅提高可再生能源比重。然而可再生能源，特别是风电、太阳能等新能源具有很强的时效性且不能直接储存等缺点。世界能源发展趋势已经从发展新能源转向了发展储能设备。发展新型、高功率密度、高能量密度的绿色储能器件替代传统能量储运体系是包括我国在内的世界各能源消耗大国的当务之急。

铝电池由于其低廉的价格、优异的稳定性、以及高的理论容量(三电子体系)而备受关注。目前有多种铝电池，主要有铝空气电池和熔盐铝型电池。铝空气电池早在20世纪60年代就已问世，其理论能量比为8.1kW h/kg，仅次于锂-空气电池的13.0kWh/kg。2015年美国Alcoa公司与以色列Phinergy公司在蒙特利尔展示了一种具有超级续航能力的电池技术：100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的电量。但是这种铝电池并不是传统意义上用于多次存储电能的电池。铝熔盐二次电池具有较高能量密度，但电池工作电压不高，且充电过程中铝容易形成枝晶导致循环性能不佳。发展新型电极材料和电解液应用于铝电池是铝电池走向产业化的关键。

发明内容

为解决目前铝离子电池存在易形成枝晶导致循环性能差及双离子电池还未实现商业化等问题，本发明提供了一种采用石墨作为正极材料，铝箔作为负极材料，高氯酸铝作为电解液的新型铝双离子电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种新型铝双离子电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：

制备石墨正极材料；

制备覆盖有铝纳米线集群铝箔负极材料；

制备高氯酸铝电解液；

将石墨正极材料、铝箔负极材料和高氯酸铝电解液组装成铝双离子电池。

进一步的，所述石墨正极材料具有开放框架结构且高度多孔，可以是纳米石墨、纳米石墨烯、膨胀石墨、三维泡沫石墨、三维泡沫石墨烯等中的至少一种。

进一步的，所述覆盖有铝纳米线集群铝箔负极材料采用直流电化学蚀刻方法制备，首先在2-5M的硫酸(H2SO4)溶液中加入0.1-1M盐酸(HCl)溶液均匀混合，然后将混合液加热至50-90℃，将铝箔浸入蚀刻液中，并通100-800mA/cm的电流蚀刻10-120S。

进一步的，所述高氯酸铝电解液的制备方法为将0.1-10M高氯酸铝电解质溶于碳酸丙烯酯(PC)和1-10wt％氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂。

进一步的，所述铝双离子电池在H2O<0.5ppm，O2<0.5ppm的氩气环境的手套箱内完成组装。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明石墨正极高度多孔具有大空间可以大大降低电解液中阴离子嵌入石墨的深度，加快电池的运行速度；