一种可充电铝离子电池及其制备方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及一种可充电铝离子电池及其制备方法，尤其是软包铝离子电池，可作为新型绿色能源电池应用于电子产业、通信产业及电动车动力电池等领域。
【背景技术】
[0002]当前，煤炭、石油和天然气等不可再生化石燃料日益枯竭，环境污染和温室效应日益加剧，能源危机和环境保护成为世界面临的两大难题。因此，开发新型绿色能源和储能设备越来越引起人们的注意。自日本SONY公司成功推出锂离子电池以来，锂离子电池便迅速在电子产品、动力能源、军事领域等多方面得到了广泛的应用，目前正在向电动汽车的动力电池工业方面发展。但是由于锂资源的局限导致成本昂贵以及较大的安全隐患限制了锂离子电池的进一步发展。从而，近年来，作为瞄准高容量化、可代替锂离子的离子导电体，采用多阳离子的课充电电池研宄日益活跃。
[0003]销元素在地壳中的含量仅次于氧和娃，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，而且开采成本低，价格便宜。相对于传统的锂离子，铝离子可以转移三个电子，因此其比容量有很大的开发潜力。此外铝离子半径也小于锂离子半径，有利于离子在电极材料上的脱嵌，从而在理论上有利于保持电极材料的结构，提高电池循环稳定性，延长电池使用寿命。目前，有关铝离子电池的报道还比较少，这主要是因为相关研宄还不是很普遍，同时鲜有的报道中所提及的电池比容量等参数还不是很理想，因此未能引起商业的广泛重视。而这就使得开发比容量高，循环性能稳定的铝离子电池变得十分的迫切与重要。
[0004]铝离子可充电池是一种新型电池，在专利:一种铝离子电池及其制备方法(专利受理号:201410115329.2)中提到一种以石墨和铝片组装电池的方法，本发明对其做出了发展改进。
【发明内容】
[0005]为了推进铝离子电池的实用化，本发明提出了一种新型铝离子电池装置，尤其是软包即袋装电池。
[0006]一种可充电铝离子电池，其特征在于包括绝缘软包袋，正极材料、隔膜、负极材料；正极材料、隔膜、负极材料依次组合，都被密封于绝缘软包袋中，只露出正负极耳；正极材料为石墨结构碳材料，负极材料为销笛或销片。
[0007]正极材料为石墨结构碳材料，包括石墨、碳纸、碳纤维纸、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨及炭黑等，与正极耳接触并由隔膜包裹，负极金属铝与负极耳接触，电池装置中有铝离子电解液，密封方式为热封或胶封。
[0008]隔膜材料为具有离子通透性且不与正极和负极反应的聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料以及玻璃纤维材料中的一种。
[0009]正负极耳选用材料为导电材料，且正负极间彼此绝缘，正极耳为钽、铌、铂、钼、玻碳等，负极耳为铝或钼等。
[0010]铝离子电解液由无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物混合而成，铝离子电解液中无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的摩尔比为1.1:1至1.6:1，所述的3-甲基咪唑类化合物包括1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
[0011]可充电铝离子电池形状为方形、圆形或三角形。
[0012]具体制备步骤如下:
[0013]I).作为铝离子电池正极材料为片状如碳纸时，用酒精棉擦洗干净，烘干，并将其与正极耳固定；如为粉末状时，将其与粘结剂混匀，烘成泥状涂在正极集流体上或者压块并与正极耳相连。
[0014]2).用隔膜材料将正极材料完全包裹或隔离开；
[0015]3).将金属铝清洗烘干后作为负极，并与负极耳相连；
[0016]4).将正负极依次放入软包袋中，并确保正负极耳未接触；
[0017]5).以石墨结构碳材料作为正极、金属铝作为负极、混合均匀的含有可自由移动的Al3+离子的离子液体作为电解质，在充满氩气的手套箱中组装电池(手套箱中的氧气含量及水含量均小于0.1ppm);最后用热封机进行热封或者胶封。
[0018]本发明的有益效果是，所得的电池可以独立工作，也可以多个电池进行串并联组成电池组，以达到实用化的目的。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020]图1是本发明的软包电池结构示意图。
[0021]图中I正极材料，2.隔膜，3.负极材料，4.正极耳，5.负极耳，6.绝缘软包袋。
【具体实施方式】
[0022]在图1中，正极材料⑴与正极耳⑷相连；负极材料(3)为铝箔或铝片，与负极耳(5)相连；隔膜(2)为具有离子通透性且不与正极和负极反应的聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料以及玻璃纤维材料中的一种，以正极材料(I)，使其与负极材料(3)绝缘；绝缘软包袋(6)为塑料袋或铝塑包装膜，以绝缘软包袋(6)包裹电池装置，外露出正极耳(4)与负极耳(5)，注入电解液，然后封闭电池，其中电解液由无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物混合而成，液态铝离子电解液中无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的摩尔比为1.1:1至1.6:1，所述的3-甲基咪唑类化合物包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，封闭方法为热封或者胶封。
[0023]在实际实验操作中，正极材料(I)为石墨结构碳材料(石墨、碳纸、碳纤维纸、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨以及炭黑等)，负极材料(3)为铝片或铝箔，正极耳(4)为金属钽、铌、铂、钼、玻碳等，负极耳(5)为金属铝或钼，隔膜(2)为GF/D玻璃纤维滤纸，电解液为无水氯化铝的氯化一乙基三甲基咪唑溶液，封闭方式为热封或胶封。
【主权项】
1.一种可充电铝离子电池，其特征在于包括绝缘软包袋、正极材料、隔膜材料、负极材料、液态铝离子电解液；其中绝缘软包袋为铝塑膜袋或塑料制袋，正极材料为石墨结构碳材料，负极材料为金属铝，液态铝离子电解液由无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物混合而成，液态铝离子电解液中无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的摩尔比为1.1:1至1.6:1。
2.根据权利要求1所述的可充电铝离子电池，其特征在于石墨结构碳材料与正极耳接触并由隔膜包裹，铝片与负极耳接触，电池装置中有铝离子电解液，密封方式为热封或胶封。
3.根据权利要求1可充电铝离子电池，其特征在于隔膜材料为具有离子通透性且不与正极和负极反应的聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料以及玻璃纤维材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的可充电铝离子电池，其特征在于，石墨结构碳材料为石墨、碳纸、碳纤维纸、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨及炭黑。
5.根据权利要求1所述的可充电铝离子电池，其特征是正负极耳选用材料为导电材料，且正负极间彼此绝缘，正极耳为钽，铌，铂，钼或者玻碳，负极耳为铝片或钼片。
6.根据权利要求2所述的可充电铝离子电池，其特征在于所述的3-甲基咪唑类化合物包括1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的可充电铝离子电池，其特征在于可充电铝离子电池形状为方形、圆形或三角形。
8.根据权利要求1所述的可充电铝离子电池的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: 1).作为铝离子电池正极材料为片状，正极材料为碳纸时，用酒精棉擦洗干净，烘干，并将其与正极耳固定；正极材料为粉末状时，将其与粘结剂混匀，烘成泥状涂在正极集流体上或者压块并与正极耳相连； 2).用隔膜材料将正极材料完全包裹或隔离开； 3).将金属铝清洗烘干后作为负极，并与负极耳相连； 4).将正负极依次放入软包袋中，并确保正负极耳未接触； 5).以石墨结构碳材料作为正极、金属铝作为负极、混合均匀的离子液体作为电解质，在充满氩气的手套箱中组装电池，手套箱中的氧气含量及水含量均小于0.1ppm;最后用热封机进行热封或者胶封。
【专利摘要】一种可充电铝离子电池及其制备方法，属于电池技术领域，可广泛应用于电子产业、通讯产业等领域，也可应用于电动汽车的动力电池。本发明提出了一种新型铝离子电池装置，尤其是软包即袋装电池，此铝离子电池装置以隔膜分隔铝离子电池的正负极，以绝缘的软包袋包裹电池正负极，在保护气氛围内组装封闭的电池，只露出导电的正负极耳可连接外电路使用。根据电极制作技术的不同电池可以装成方形或者圆形或其他形状。本发明所提供软包铝离子二次电池具有高容量、充放电效率高、循环稳定性好以及充放电特性优异，且电极材料来源广泛、制备容易、成本低、绿色环保且价格低廉。
【IPC分类】H01M10-058, H01M10-054, H01M4-133
【公开号】CN104810544
【申请号】CN201510188866
【发明人】焦树强, 余智静, 孙浩博, 王俊香, 刘勇
【申请人】北京科技大学, 石嘴山市天和创润新材料科技有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月20日