[发明专利]铝-离子液体-石墨-电池

说明书

本发明涉及铝‑离子液体‑石墨电池(AILGB)，其包含选自片状石墨的改良阴极材料。特别合适的片状石墨含有平均平面尺寸直径为5‑5000μm，厚度为1‑200μm，纵横比(平面尺寸：厚度)为100：1至5：1的片。本发明还涉及制造这种片状石墨和这种电池的方法以及这种片状石墨的用途。

本发明涉及包含改良的阴极材料的铝-离子液体-石墨电池(AILGB)，制造这种阴极材料和电池的方法以及这种材料的用途。

因低成本和/或大量的电力存储，铝电池作为一种非常有前景的后锂离子技术而出现。在这种电池中，金属Al用作高能量密度的阳极材料，在这方面优于不安全的金属Na、Li、Ca或K。它还具有非常高的电荷存储容量(Al为2.98Ah/g，Li为3.86Ah/g，Na为1.17Ah/g，Mg为2.21Ah/g，Ca为1.34Ah/g，K为0.69Ah/g)。此外，铝是无毒的，且是地球上最丰富的化学元素之一。这种引人注目的特性使铝电池成为极具前景的技术。然而，要解决许多问题，例如性能、成本考虑和制造。

Lin，M.-C.等人(Nature，2015,520，p.325ff和WO2015/131132)公开了一种超快速可再充电AILGB。根据该文献，使用三维石墨泡沫阴极。特定阴极材料的制造需要基于CVD的模板工艺，这使得难以进行大规模和低成本的制造。据报道，由此获得的AILGB具有70mAh/g的容量和接近2伏的放电电压平台(plateau)。对于许多应用来说，这些值被认为是可接受的，其改良似乎是期望的。类似地，Dai等人(US2015/0249261)公开了一种金属离子电池，其包括：(1)包含铝的阳极；(2)包括层状活性材料的阴极；(3)用于支持阳极处铝的可逆沉积和溶解以及阴极处阴离子的可逆嵌入和脱嵌的电解质。Dai等人提出了各种各样的阴极材料，特别包括石墨材料。

Jiao等人(Carbon，2016,109，p.276ff)公开了AILGB的工业化原型，其使用由商业碳纸组成的阴极。据报道，由此获得的AILGB具有70mAh/g的容量，并且在2至1.4伏(平均1.7伏)的范围内降低的放电电压。对于许多应用来说，这些值被认为是可接受的，其改良似乎是期望的。尽管Jiao等人公开了所用碳纸的一些分析细节，但仍不清楚使用哪种类型的碳纸，如何制造或从哪个供应商处获得，使得无法验证所报告的数据。

同一工作组的Sun等人(Chem.Commun.，2015,51，p.11892ff)也提供了具有高电压、高安全性和低成本的新AILGB的报告。该电池的阴极由碳纸组成。该碳被描述为具有数百纳米直径的超薄皱折纳米片。这种电池的性能与上面讨论的(Jiao等人)相同。同样如上所述，Sun等人公开了所用碳纸的一些分析细节。然而，目前尚不清楚实际使用哪种类型的碳纸，如何制造或从哪个供应商处获得，使得无法验证报告的数据。

Breault等人(WO2015/130281)公开了一种燃料电芯分隔体板，所述板包含长径比小于10的片状石墨。

Chen等人(CN105810898)公开了一种制造用于铝二次电池的无定形碳/碳复合电极材料的方法。通过采用高纯碳靶材作为无定形碳源，碳靶溅射并在室温条件下通过射频磁控溅射在碳基材材料表面沉积一层无定形碳膜，得到无定形复合材料。当用于铝二次电池时，电极材料具有优异的电化学性能。与未沉积有无定形碳膜的碳材料相比，无定形复合电极材料具有显著改良的放电容量的优点，同时发展了良好的循环稳定性。该文献中公开的制造可适合于实验室规模，但被认为难以在大规模生产中实施。

因此，本发明的目的是减轻现有技术的这些缺点中的至少一些。特别地，本发明的目的是提供显示出改良性能和/或简化制造的AILGB。

这些目的通过权利要求1中限定的AILGB和权利要求6中限定的制造方法来实现。在说明书和独立权利要求中公开了本发明的其他方面，在说明书和从属权利要求中公开了优选实施方案。

下面将更详细地描述本发明。应当理解，本说明书中提供/公开的各种实施方案、偏好和范围可以随意组合。此外，取决于具体实施方案，所选择的定义、实施方案或范围可能不适用。