[发明专利]一种铝离子电解质溶液和镁离子电解质溶液及电池

说明书

本发明公开了一种铝离子和镁离子电解质溶液与电池，它们分别由离子载体和导电增强剂溶解于有机溶剂组成。作为一种应用实例，本发明提供了基于铝离子、镁离子电解质溶液组成了硫铝和硫镁离子电池方案。它们是将碳‑硫分子间化合物电极，以及金属铝或金属镁作为电池的两极，电池内灌注有铝离子或镁离子电解质溶液。组装电池时先将电解质溶液灌注在电池壳体中，再将碳‑硫分子间化合物电极和金属电极浸没于该溶液中，抽真空排气后密封电池壳体后即得到硫铝或硫镁离子电池。它是一种能重复充放电的二次电池，具有能量密度高，性价比高，安全性优于锂离子电池，能快速充放电等优点，适合于用作乘用车动力电池，也可以用做与可再生能源发电装置配套的储能装置。

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种铝离子电解质溶液及电池。

背景技术

目前应用最广的是锂离子电池，它具有能量密度高，充放电循环寿命长等优点。但在安全性能方面，锂离子电池明显不如铅酸电池和碱性电池，从手机到电动汽车，锂离子电池都出现过自燃事故，给相关产品的制造商和用户造成了严重损失。其根本原因是锂离子电池在充放电过程中难免会有金属锂在电极上沉淀，而锂的化学性质过于活泼，只要电池的密封失效，金属锂就会与空气、水汽剧烈反应，并引燃电源系统。此外，制造锂离子电池的锂、钴、镍均面临资源短缺，价格快速上升的势头难以逆转。

从性价比和安全性等因素考虑，铝离子、镁离子电池有可能会取代锂离子电池。首先是金属铝、金属镁的安全性大大高于金属锂。在与空气、水汽接触后，金属铝和金属镁表面会形成钝化膜，不会自燃。此外，铝镁来源广泛，价格远低于锂。硫化铝和硫化镁在能量密度方面远高于目前使用的三元系锂离子电池材料。电解质溶液是硫铝、硫镁离子电池进入商业性应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明尝试为铝离子和镁离子电池提供电解质溶液，并将这种电解质溶液应用于硫铝离子和硫镁离子电池。本发明具体采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种铝离子电解质溶液和一种镁离子电解质溶液。

其中铝离子电解质溶液是由三氟甲磺酸铝与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

同样的，镁离子电解质溶液是由三氟甲磺酸镁与六氟磷酸钠按1:1至1:1.5的比例混合，溶解于碳酸酯溶剂中制成20％至35％的溶液，并经历过110至130℃恒温5-8小时去除水分。

所述的碳酸酯溶剂是碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)，γ-丁内酯(GBL)中的一种或数种。

第二方面，本发明提供了一种采用上述电解质溶液的硫铝离子电池或硫镁离子电池。

其中，硫铝离子电池内设置有一组或多组金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极，铝电极用金属铝箔、铝片或铝板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有前述铝离子电解质溶液，抽真空后密封；金属铝电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

同样的，硫镁离子电池内设置有一组或多组金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极，镁电极用金属镁箔、镁片或镁板制成，两种电极之间被离子隔膜分隔，电池内灌注有所述镁离子电解质溶液，抽真空后密封；金属镁电极和碳-硫分子间化合物电极通过导体穿过封口与外电场连接；该电池是一种二次电池，电池放电后可重新充电重复使用。

所述的离子隔膜是锂离子电池所用的商业隔膜，热缩成袋状，将硫铝离子电池或硫镁离子电池的阳极或阴极密封在袋中，从而对另一电极形成分隔。

所述的碳-硫分子间化合物电极是由碳-硫分子间化合物被粘合剂胶结而成，电极中充填有大量纳米至微米级的微孔隙，电极内部植入有一根金属电极丝，作为电极与外电路的物理连接。