本發明專利技術公開了一種高性能的鋁電池及制備方法，該電池包括正極、負極、電解液和連接所述正極及負極的隔膜，所述正極為石墨烯-鎳的復合材料，其中鎳為納米顆粒鑲嵌于石墨烯中，鎳顆粒的直徑介于0.5微米到10微米之間；所述負極為高純鋁；所述電解液為包含有Al3+、Cl-、[EMIm]+構成的混合物，其中[EMIm]+與Al3+摩爾比大于0.8，小于1.5。本發明專利技術的高性能的鋁電池，有較高的熱穩定性，能夠克服當前鋰離子電池的安全性問題，不會產生鋰離子二次電池的爆炸問題，并且本發明專利技術制備的電池比已報道的鋁離子二次電池的性能優越。該電池的充放電平臺可以達到3.5V以上，循環壽命可以達到5000次以上，電池的能量密度可以達到90Wh/Kg以上。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于離子電池領域。
技術介紹
從上個世紀九十年代工業界開始批量生產鋰離子電池開始，在短短的數年間，鋰離子電池便占領了移動設備的電源市場。當前，筆記本電腦、手機、電動工具等設備中使用的基本上都是液體電解質的鋰離子二次電池，甚至電動自行車、電動汽車也開始采用鋰離子電池。然而，由于鋰是一種活波的金屬，鋰離子電池在使用的過程中會帶來安全風險。事實上手機電池爆炸的事件時有發生。特別是當用在電動車、電動工具當中時，由于電池體積大、容量大，一旦發生事故，其危害性更大。人們開始考慮采用鋰以外的元素作為導電粒子。中國專利CN104241596A提出了一種可充電鋁離子電池及其制備方法，其正極采用石墨結構的碳材料，負極為高純鋁，電解液為無水氯化鋁和3-甲基咪唑類化合物的混合物。該專利技術采用鋁離子作為導電離子，避免了使用鋰離子，也由此規避了由于鋰離子引起的導電問題。不過該專利技術的電池的放電平臺在2.4V以下，比鋰離子電池的4.2V低很多，并且其循環次數低。中國專利CN103915611A公開了一種水系鋁離子電池陽極材料及其制備方法，該材料由二氧化鈦納米樹葉組成，二氧化鈦納米樹葉的化學組成為T1l.976(NH)0.024，平均長度為50nm，寬度為10nm，比表面積為314.2m2/g。該專利技術制備的電池能夠將循環次數提高到200次，不過其充放電電壓仍然較低，在2V以下，遠遠低于目前商用的鋰離子二次電池。中國專利CN103825045公開了一種鋁離子電池及其制備方法，此鋁離子電池的正極為過渡族金屬氧化物、負極為高純鋁;該專利技術提高了電池的安全性能。不過該電池的放電電壓低于I伏，也遠低于目前商用的鋰離子二次電池，因此很難取代目前鋰離子二次電池在手機、電動車等領域的應用。專利CN104078679A開了一種二次鋁電池，包括正極、含鋁負極和非水電解液。所述正極為碳納米管/導電硫化聚合物復合材料。制備成電池后，其放電電壓為1.85V，50次循環后容量衰減大于20%。
技術實現思路
專利技術目的:為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供，能夠克服當前鋰離子電池的安全性問題，不會產生鋰離子二次電池的爆炸問題。技術方案:為實現上述目的，本專利技術的高性能的鋁電池，包括正極、負極、電解液和連接所述正極及負極的隔膜，所述正極為石墨烯-鎳的復合材料，其中鎳為納米顆粒鑲嵌于石墨烯中，鎳顆粒的直徑介于0.5微米到10微米之間；所述負極為高純鋁;所述電解液為包含有A13+、C1—、+構成的混合物，其中+與Al3+摩爾比大于0.8，小于1.5。作為優選，所述石墨烯-鎳的復合材料厚度為50-2000微米，鎳的質量為復合材料總量在的1-20 %。作為優選，所述高純鋁中雜質元素的質量含量總合小于0.1%，高純鋁厚度為0.2-2毫米。作為優選，所述隔膜的厚度為10-50微米。 —種上述的高性能的鋁電池的制備方法，包括以下步驟:(I)將石墨粉加入裝有濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌均勻，再加入高錳酸鉀粉末，石墨粉與高錳酸鉀的質量之比為1: 1.5-1: 2，保持溫度20°C以下攪拌均勻，將攪拌均勻后的溶液升溫到32?38°C后持續攪拌28?32分鐘，接著滴加速度小于5毫升/分鐘的向溶液中加入去離子水以及濃度為30%的雙氧水，并把混合物升溫到95°C?100°C并持續攪拌15分鐘，直到混合物顏色變為亮黃色；(2)在上述溶液中加入直徑介于0.5微米到10微米的鎳粉，鎳粉的質量少于石墨粉的I / 5，在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩定的分散液，然后滴加水合肼5 -10毫升并均勾攪拌)，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后在60°C條件下充分干燥，得到的產物就是石墨烯-鎳復合薄片，用作正極；(3)將Cl與AlCl3按一定比例混合均勻，得到電解液，其中+與Al3+摩爾比大于大于0.8，小于1.5;(4)按照石墨烯-鎳復合薄片、隔膜、高純鋁的順序排列，其中石墨烯-鎳復合薄片為正極，高純鋁為負極，注入電解液并封裝，便得到高性能的鋁電池。有益效果:本專利技術的高性能的鋁電池，有較高的熱穩定性，能夠克服當前鋰離子電池的安全性問題，不會產生鋰離子二次電池的爆炸問題，并且本專利技術制備的電池比已報道的鋁離子二次電池的性能優越。該電池的充放電平臺可以達到3.5V以上，循環壽命可以達到5000次以上，電池的能量密度可以達到90Wh/Kg以上。【具體實施方式】(I)將5克石墨粉加入裝有100毫升濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌30分鐘，此時溫度計顯示為0°C，緩慢加入9克高錳酸鉀粉末，攪拌均勻，并確保此過程中反應體系的溫度在20°C以下，然后將攪拌均勻后的溶液升溫到35°C持續攪拌30分鐘，接著緩慢的向溶液中加入100毫升去離子水以及10毫升濃度為30%的雙氧水，并把混合物升溫到98°C持續攪拌15分鐘，直到混合物顏色變為亮黃色；(2)在上述溶液中加入直徑10微米的鎳粉0.1克，在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩定的分散液，然后滴加的水合肼5毫升，滴加時均勻攪拌，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C條件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.036cm尺寸的石墨烯-鎳薄片，作為電池的正極；(3)配制電解液:將Cl與AlCl3按摩爾比Cl/AlCl3 = 0.8的比例混合均勻；(4)準備PP隔膜，厚度為50微米；(5)準備負極片:其材料為高純鋁，厚度為0.55毫米；(6)將以上材料按照石墨烯-鎳薄片、PE隔膜、高純鋁的順序排列，其中石墨烯為正極，高純鋁為負極，注入電解液并封裝，得到鋁電池。(7)電池測試:采用Land電化學測試系統，測試得該電池的充放電平臺為3.6V，循環8000次后，其容量損失7%，電池的能量密度達到104Wh/Kg。實施例2(I)將5克石墨粉加入裝有100毫升濃硫酸的容器中，容器置于冰浴中，攪拌30分鐘，此時溫度計顯示為0°C，緩慢加入9克高錳酸鉀粉末，攪拌均勻，并確保此過程中反應體系的溫度在20°C以下，然后將攪拌均勻后的溶液升溫到35°C持續攪拌30分鐘，接著緩慢的向溶液中加入100毫升去離子水以及10毫升濃度為30%的雙氧水，并把混合物升溫到98°C持續攪拌15分鐘，直到混合物顏色變為亮黃色；(2)在上述溶液中加入直徑介于0.5微米的鎳粉0.1克，在超聲分散儀中振蕩分散，得到穩定的分散液，然后滴加的水合肼8毫升，滴加時均勻攪拌，并將此溶液放入油浴中加熱到100°C后，恒溫反應30分鐘，然后用半透膜過濾，將得到的產物分別用去離子水、甲醇、乙醇交替洗滌4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C條件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.093cm尺寸的石墨烯一鎳薄片，作為電池的正極；(3)配制電解液:將Cl與AlCl3按摩爾比Cl/AlCl3=1.5的比例混合均勻；(4)準備PE隔膜，厚度為38微米；(5)準備負極片:其材料為高純鋁，厚度為1.4毫米；(6)將以上材料按照石墨烯一鎳薄片、PE隔膜、高純鋁的順序排列，其本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高性能的鋁電池，其特征在于：包括正極、負極、電解液和連接所述正極及負極的隔膜，所述正極為石墨烯?鎳的復合材料，其中鎳為納米顆粒鑲嵌于石墨烯中，鎳顆粒的直徑介于0.5微米到10微米之間；所述負極為高純鋁；所述電解液為包含有Al3+、Cl?、[EMIm]+構成的混合物，其中[EMIm]+與Al3+摩爾比大于0.8，小于1.5。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊衛國，朱浩，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。