[发明专利]水性铝离子电池、混合式电池-电容器、所述电池和电池-电容器的组合物以及相关的制造和使用方法

权利要求书

1.一种铝离子电池，所述铝离子电池包含：

阳极，所述阳极包含选自由铝、铝合金和铝复合材料组成的群组中的一或多个成员(例如，根据权利要求102至144中任一权利要求所述的阳极)；

水性电解质(例如，根据权利要求153至157中任一权利要求所述的电解质)；以及

阴极，所述阴极包含选自由锰氧化物、铝硅酸盐和聚合物组成的群组中的一或多个成员(例如，根据权利要求28至89中任一权利要求所述的阴极)。

2.根据权利要求1所述的铝离子电池，其中所述阳极、所述水性电解质和所述阴极被布置成促进铝离子(例如，Al³⁺)在所述阳极和所述阴极之间的传输。

3.根据权利要求1或2所述的铝离子电池，其中所述电池的电荷储存容量在25mAh/g至500mAh/g的范围内(单位为毫安-小时/每克所述电池中的活性材料)。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述电池以1C至0.01C范围内的速率输送电荷(其中nC的速率被定义为1/n小时内的充电或放电)。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述电池在至少100个(例如，至少150个)充放电步骤中提供稳定的循环性能(例如，其中稳定的循环性能意味着具有可重复的电压曲线，没有或几乎没有可归因于粉碎、分层、腐蚀或其它副反应的噪声)(例如，其中一个循环等于1次充电加1次放电)(例如，其中所述铝离子电池具有50个循环、100个循环、150个循环或200个循环的最小循环寿命)。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中在施加外部负载时，铝离子(Al³⁺)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中。

7.根据权利要求6所述的铝离子电池，其中所述释放的Al³⁺离子穿过所述水性电解质、膜分离器并到达反电极(例如，分别为所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)。

8.根据权利要求7所述的铝离子电池，其中在所述反电极的表面中或表面处，所述Al³⁺离子嵌入和/或以其它方式与选自由以下各项组成的群组中的一或多个成员反应：(i)含氧部分，例如，(a)氧化物，(b)氢氧化物，(c)硝酸盐，(d)硫酸盐，(e)乙酸盐，(f)磷酸盐，(g)氯酸盐，(h)溴酸盐，或(i)碘酸盐；(ii)含卤素部分，例如，(a)氯化物，(b)氟化物，(c)溴化物，(d)碘化物；以及(iii)金属部分，例如，(a)锰，(b)钠，(c)锂，(d)铝，(e)钾，(f)钙或(g)镁，从而在所述反电极的结构内或所述表面处形成稳定的铝相。

9.根据权利要求8所述的铝离子电池，其中所述反电极处的一或多种过渡金属经历氧化态的变化，从而稳定所述反电极的所述结构。

10.根据权利要求7所述的铝离子电池，其中所述释放的Al³⁺离子穿过所述水性电解质(例如，在包含所述Al³⁺离子(例如，Al(OH)₄^-))的电荷载体中、所述膜分离器并到达所述反电极，并且储存在所述反电极的表面上。

11.根据权利要求10所述的铝离子电池，其中所述释放的Al³⁺离子作为电介质电荷储存在所述表面上。