本发明专利技术公开了一种安全的二次离子电池及制备方法，该电池包括正极、负极、电解液和连接所述正极及负极的隔膜，所述正极为石墨烯与镍钛合金构成的复合片，由两层组成，一层为NiTi合金，另一层为石墨烯；所述负极为铝锰合金，其中Mn的质量占铝锰合金总质量的3-8％；所述电解液为包含有Al3+、Cl-、[EMIm]+构成的混合物，其中[EMIm]+与Al3+摩尔比大于3：2，小于4：1。本发明专利技术的安全的二次离子电池，有较高的热稳定性，能够克服当前锂离子电池的安全性问题，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题，并且本发明专利技术制备的电池比已报道的铝离子二次电池的性能优越，该电池的充放电平台可以达到3.5V以上，循环寿命可以达到8000次以上，电池的能量密度可以达到90Wh/Kg以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及安全的二次离子电池及制备方法，属于二次离子电池
技术介绍
由于当电平高、容量大，锂离子电池已经取代了镍电池在便携式电子产品中的地位。然而，锂离子电子的安全问题一直备受关注。日常使用的手机、笔记本电脑爆炸的事件时有发生。这是因为锂离子电池在高温环境下使用、过充的情况下，其内部的热量会使电解液升温、分解甚至气化而爆炸；也可能是由于内部锂金属的析出，刺穿隔膜而造成内部短路，急剧放电而使电池升温爆炸。开发一种安全的电池，一直是科技工作者的目标。CN104183824A公开了一种二次铝电池正极材料以及由该正极组成的二次铝电池。所述二次铝电池包括正极、含铝负极和非水电解液。正极材料为石墨烯/醌类化合物的复合材料，其中醌类化合物为醌及相应的衍生物中的任一种，负极为金属铝或铝合金，电解液为非水含铝电解液。该电池采用铝离子导电，不过其充放电电压不超过2V，循环50次后容量衰减严重。中国专利CN104241596A提出了一种可充电铝离子电池及其制备方法，其正极采用石墨结构的碳材料，负极为高纯铝，电解液为无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的混合物。该专利技术采用铝离子作为导电离子，避免了使用锂离子，也由此规避了由于锂离子引起的导电问题。不过该专利技术的电池的放电平台在2.4V以下，比锂离子电池的4.2V低很多，并且其循环次数低。中国专利CN101937994A提供了一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法，所述的负极材料由石墨烯与铝按质量比为1: 0.1?100组成，容量达600?1200mAh/g。所专利技术的电池在l-500mA/mg的电流密度下，充放电1_100个循环进行熟化，熟化后得到锂离子电池石墨烯/铝负极材料。不过该电池的放电平台在IV以下，远低于目前商用的锂离子二次电池。中国专利CN103915611A公开了一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法，该材料由二氧化钛纳米树叶组成，二氧化钛纳米树叶的化学组成为T1uf^NH)。.，，平均长度为50nm，宽度为10nm，比表面积为314.2m2/g。该专利技术制备的电池能够将循环次数提高到200次，不过其充放电电压仍然较低，在2V以下，远远低于目前商用的锂离子二次电池。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种安全的二次离子电池，采用铝离子作为导电离子，排除电池中存在的锂元素，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术的一种安全的二次离子电池，包括正极、负极、电解液和连接所述正极及负极的隔膜，所述正极为石墨烯与镍钛合金构成的复合片，由两层组成，一层为NiTi合金，另一层为石墨烯；所述负极为铝锰合金，其中Μη的质量占铝锰合金总质量的3-8%;所述电解液为包含有A13+、C1、+构成的混合物，其中 +与Al3+摩尔比大于3:2，小于4:1。作为优选，所述石墨稀的厚度为50-2000微米，镍钛合金厚度为0.5-5毫米，镍钛合金中镍和钛的质量均为一半。因为石墨烯要作为正极，要有一定的厚度来容纳铝离子，所以不能太薄，太厚又没有必要，反而影响电池的性能，也会增加制备的难度与成本。NiTi合金希望越薄越好，这样能减小电池的厚度，不过也不能太薄，一是考虑制备成本，而是考虑其机械强度与平整性。作为优选，所述铝锰合金中锰、铝以外的其他杂质元素的质量含量总合小于0.1%,铝锰合金厚度为0.2-2毫米。作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。—种上述的安全的二次离子电池的制备方法，包括以下步骤:(1)厚度为0.5-5毫米的NiTi合金为基底，采用化学气相沉积法在NiTi合金上生长一层石墨烯，沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，沉积温度为900?1000°C，降温的速度为15°C /s，制备得到NiTi合金-石墨烯复合片，作为电池的正极，控制沉积条件使得石墨烯的厚度为50-2000微米；(2)将Cl与A1C13按一定比例混合均匀，得到电解液，其中 +与A1 3+摩尔比大于3:2，小于4:1，这个范围能够实现电池的高的放电平台、能量密度，以及较好的电池综合性能，将该电池向商业化推进了一大步；(3)按照NiTi合金-石墨烯复合片、隔膜、铝锰合金的顺序排列，其中NiTi合金-石墨烯为正极，铝锰合金为负极，注入电解液并封装，便得到铝离子二次电池。在本专利技术中，采用镍钛合金为基底，更方便沉积石墨烯，且沉积速度快，制备的形貌、性能好，能够充分发挥石墨烯比表面积大的优点。本专利技术的电解液相对于纯氯化铝溶液而目，能够提尚电池的循环寿命、放电电压等性能。本专利技术采用在NiTi合金上沉积高比表面积的石墨烯，其特有的泡沫特性以及高导电性、稳定性给铝离子的存储与电荷的传导提供了极佳的载体。采用镍钛合金为基底，更方便沉积石墨烯，且沉积速度快，制备的形貌、性能好。能够充分发挥石墨烯比表面积大的优点。本专利技术的电解液采用了 +与Al3+两种离子，对于单一铝离子而言，能够提高电池的循环寿命、放电电压等性能。有益效果:本专利技术的安全的二次离子电池，有较高的热稳定性，能够克服当前锂离子电池的安全性问题，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题，并且本专利技术制备的电池比已报道的铝离子二次电池的性能优越，该电池的充放电平台可以达到3.5V以上，循环寿命可以达到8000次以上，电池的能量密度可以达到90Wh/Kg以上。【具体实施方式】实施例1(1)利用厚度为1.3毫米的NiTi合金为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在NiTi合金上生长一层石墨烯，沉积过程利用014为碳源、Η 2为载气，沉积温度为900°C，沉积8.6小时后降温，降温的速度为15°C /s，由此制备得到NiTi合金-石墨烯复合片，作为电池的正极，测量石墨烯的厚度为1981微米； (2)配制电解液:将 Cl与A1C13按4:1的比例混合均匀；(3)准备PP/PE/PP隔膜，厚度为20微米；(4)准备负极片:其材料为铝锰合金，其中锰的质量含量为8%，厚度为0.5毫米；(5)将以上材料按照NiTi合金-石墨烯复合片、隔膜、铝锰合金的顺序排列，其中NiTi合金-石墨烯为正极，铝锰合金为负极，注入电解液并封装，得到铝离子二次电池；(6)电池测试:采用Land电化学测试系统，测试得该电池的充放电平台为3.7V，循环8000次后，其容量损失6%，电池的能量密度达到103Wh/Kg。实施例2(1)利用厚度为0.5毫米的NiTi合金为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在NiTi合金上生长一层石墨烯，沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，沉积温度为920°C，沉积4小时后降温，降温的速度为15°C /s，由此制备得到NiTi合金当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种安全的二次离子电池，其特征在于：包括正极、负极、电解液和连接所述正极及负极的隔膜，所述正极为石墨烯与镍钛合金构成的复合片，由两层组成，一层为镍钛合金，另一层为石墨烯；所述负极为铝锰合金，其中Mn的质量占铝锰合金总质量的3‑8％；所述电解液为包含有Al3+、Cl‑、[EMIm]+构成的混合物，其中[EMIm]+与Al3+摩尔比大于3：2，小于4：1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫国，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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