[发明专利]一种基于碳纳米管正极的铝离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米管正极的铝离子电池及其制备方法，本发明一种基于碳纳米管正极的铝离子电池所采用的技术方案是包括电池正极、电池负极、电解液、集流体和隔膜；其中电解液为离子液体，正极材料为高纯度的石墨化多壁碳纳米管材料，隔膜为玻璃纤维，电解液由AlCl3和[EMIm]Cl(氯化1‑乙基‑3‑甲基咪唑)配制。本发明的有益效果是在充放电过程中，电池展现了良好的稳定性，循环效率高达99.5％。此外，离子液体具有不燃性、不挥发性、无污染的优点，提高了电池的安全性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种基于碳纳米管正极的铝离子电池。

背景技术

锂离子电池一直被认为是最有前景的电化学储能体系之一。近年来，锂离子电池得到了广泛的研究并实现商业化，但是锂离子电池也存在易燃易爆炸等安全性问题，而且锂资源也面临枯竭。随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严峻,新能源产业越来越受到重视。近年来,以铝离子电池为代表的多价离子电池广受关注。铝资源丰富,是地壳中储量最丰富的金属。金属铝作为电池负极是一种高能量载体，每年的开采量是锂的1000多倍，价格低廉，使用安全，对环境污染低，再者,铝离子电池拥有很高的理论比容量(2980mAh/g)，所以铝是理想的电池负极材料。

铝离子电池研究目前仍处于初期阶段，本发明使用多壁碳纳米管材料作为电池正极材料，具有廉价、安全的优点。该电池使用电导率高、粘度低的离子液体作为电解液，利用新颖且易得的多壁碳纳米管作为正极材料。迄今为止，基于碳纳米管正极的铝离子电池的研究仍在初级阶段，在已报道过的文章中，有如：基于单壁碳纳米管的超容量铝离子电池的数据模拟(文献：“Preeti Bhauriyal.et al.Single-walled Carbon Nanotube BasedUltrafast High CapacityAl-ion Battery”.Chemistry-An Asian Journal,12,1944-1951,2017)，但是数据仅停留在模拟阶段，并未实物测试。还有如：结合碳纳米管和离子液体电解质的不对称超级电容(文献：Handong Jiao.et al.“Aluminum-Ion AsymmetricSupercapacitor Incorporating Carbon Nanotubes and an Ionic LiquidElectrolyte: Al/AlCl3-[EMIm]Cl/CNTs”.Energy Technology,4,1112-1118,2016)，此文献报道的主要是电容性行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳纳米管正极的铝离子电池及其制备方法，本发明的有益效果是使用电导率高(约15-18mS/cm-1)、粘度低的离子液体作为电解液，提高了离子液体电解液在玻璃纤维隔膜上的浸润性，在电池充放电循环过程中阴阳离子可不借助溶剂而自由穿梭，展现了良好的放电平台(2.25-2.0V 和1.9-1.5V)，其中电池开路电压达到2.45V。在充放电过程中，电池展现了良好的稳定性，循环效率高达99.5％。此外，离子液体具有不燃性、不挥发性、无污染的优点，提高了电池的安全性能；本发明采用铝-多壁碳纳米管系统，也体现了电池新型、无毒性的优点。

本发明一种基于碳纳米管正极的铝离子电池所采用的技术方案是包括电池正极、电池负极、电解液、集流体和隔膜；其中电解液为离子液体，正极材料为高纯度的石墨化多壁碳纳米管材料，隔膜为玻璃纤维，电解液由AlCl3和 [EMIm]Cl(氯化1-乙基-3-甲基咪唑)配制。

进一步，离子液体选EMI+为阳离子，阴离子包括AlCl4-、Al2Cl7-。

进一步，纯离子液体[EMIm]Cl-AlCl3摩尔比例为1：1.3。

进一步，高纯度的石墨化多壁碳纳米管材料纯度为99.9％。

一种基于碳纳米管正极的铝离子电池的制备方法，按照以下步骤进行：