本发明专利技术公开了一种高性能的铝电池及制备方法，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-镍的复合材料，其中镍为纳米颗粒镶嵌于石墨烯中，镍颗粒的直径介于0.5微米到10微米之间；所述负极为高纯铝；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0.8，小于1.5。本发明专利技术的高性能的铝电池，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5000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，属于离子电池领域。
技术介绍
从上个世纪九十年代工业界开始批量生产锂离子电池开始，在短短的数年间，锂离子电池便占领了移动设备的电源市场。当前，笔记本电脑、手机、电动工具等设备中使用的基本上都是液体电解质的锂离子二次电池，甚至电动自行车、电动汽车也开始采用锂离子电池。然而，由于锂是一种活波的金属，锂离子电池在使用的过程中会带来安全风险。事实上手机电池爆炸的事件时有发生。特别是当用在电动车、电动工具当中时，由于电池体积大、容量大，一旦发生事故，其危害性更大。人们开始考虑采用锂以外的元素作为导电粒子。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T1l.976(NH)0.024，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。中国专利CN103825045公开了一种铝离子电池及其制备方法，此铝离子电池的正极为过渡族金属氧化物、负极为高纯铝;该专利技术提高了电池的安全性能。不过该电池的放电电压低于I伏，也远低于目前商用的锂离子二次电池，因此很难取代目前锂离子二次电池在手机、电动车等领域的应用。专利CN104078679A开了一种二次铝电池，包括正极、含铝负极和非水电解液。所述正极为碳纳米管/导电硫化聚合物复合材料。制备成电池后，其放电电压为1.85V，50次循环后容量衰减大于20%。
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，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。技术方案:为实现上述目的，本专利技术的高性能的铝电池，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-镍的复合材料，其中镍为纳米颗粒镶嵌于石墨烯中，镍颗粒的直径介于0.5微米到10微米之间；所述负极为高纯铝;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0.8，小于1.5。作为优选，所述石墨烯-镍的复合材料厚度为50-2000微米，镍的质量为复合材料总量在的1-20 %。作为优选，所述高纯铝中杂质元素的质量含量总合小于0.1%，高纯铝厚度为0.2-2毫米。作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。 —种上述的高性能的铝电池的制备方法，包括以下步骤:(I)将石墨粉加入装有浓硫酸的容器中，容器置于冰浴中，搅拌均匀，再加入高锰酸钾粉末，石墨粉与高锰酸钾的质量之比为1: 1.5-1: 2，保持温度20°C以下搅拌均匀，将搅拌均匀后的溶液升温到32?38°C后持续搅拌28?32分钟，接着滴加速度小于5毫升/分钟的向溶液中加入去离子水以及浓度为30%的双氧水，并把混合物升温到95°C?100°C并持续搅拌15分钟，直到混合物颜色变为亮黄色；(2)在上述溶液中加入直径介于0.5微米到10微米的镍粉，镍粉的质量少于石墨粉的I / 5，在超声分散仪中振荡分散，得到稳定的分散液，然后滴加水合肼5 -10毫升并均勾搅拌)，并将此溶液放入油浴中加热到100°C后，恒温反应30分钟，然后用半透膜过滤，将得到的产物分别用去离子水、甲醇、乙醇交替洗涤4次，最后在60°C条件下充分干燥，得到的产物就是石墨烯-镍复合薄片，用作正极；(3)将Cl与AlCl3按一定比例混合均匀，得到电解液，其中+与Al3+摩尔比大于大于0.8，小于1.5;(4)按照石墨烯-镍复合薄片、隔膜、高纯铝的顺序排列，其中石墨烯-镍复合薄片为正极，高纯铝为负极，注入电解液并封装，便得到高性能的铝电池。有益效果:本专利技术的高性能的铝电池，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5000次以上，电池的能量密度可以达到90Wh/Kg以上。【具体实施方式】(I)将5克石墨粉加入装有100毫升浓硫酸的容器中，容器置于冰浴中，搅拌30分钟，此时温度计显示为0°C，缓慢加入9克高锰酸钾粉末，搅拌均匀，并确保此过程中反应体系的温度在20°C以下，然后将搅拌均匀后的溶液升温到35°C持续搅拌30分钟，接着缓慢的向溶液中加入100毫升去离子水以及10毫升浓度为30%的双氧水，并把混合物升温到98°C持续搅拌15分钟，直到混合物颜色变为亮黄色；(2)在上述溶液中加入直径10微米的镍粉0.1克，在超声分散仪中振荡分散，得到稳定的分散液，然后滴加的水合肼5毫升，滴加时均匀搅拌，并将此溶液放入油浴中加热到100°C后，恒温反应30分钟，然后用半透膜过滤，将得到的产物分别用去离子水、甲醇、乙醇交替洗涤4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C条件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.036cm尺寸的石墨烯-镍薄片，作为电池的正极；(3)配制电解液:将Cl与AlCl3按摩尔比Cl/AlCl3 = 0.8的比例混合均匀；(4)准备PP隔膜，厚度为50微米；(5)准备负极片:其材料为高纯铝，厚度为0.55毫米；(6)将以上材料按照石墨烯-镍薄片、PE隔膜、高纯铝的顺序排列，其中石墨烯为正极，高纯铝为负极，注入电解液并封装，得到铝电池。(7)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3.6V，循环8000次后，其容量损失7%，电池的能量密度达到104Wh/Kg。实施例2(I)将5克石墨粉加入装有100毫升浓硫酸的容器中，容器置于冰浴中，搅拌30分钟，此时温度计显示为0°C，缓慢加入9克高锰酸钾粉末，搅拌均匀，并确保此过程中反应体系的温度在20°C以下，然后将搅拌均匀后的溶液升温到35°C持续搅拌30分钟，接着缓慢的向溶液中加入100毫升去离子水以及10毫升浓度为30%的双氧水，并把混合物升温到98°C持续搅拌15分钟，直到混合物颜色变为亮黄色；(2)在上述溶液中加入直径介于0.5微米的镍粉0.1克，在超声分散仪中振荡分散，得到稳定的分散液，然后滴加的水合肼8毫升，滴加时均匀搅拌，并将此溶液放入油浴中加热到100°C后，恒温反应30分钟，然后用半透膜过滤，将得到的产物分别用去离子水、甲醇、乙醇交替洗涤4次，最后倒入5cm*2cm*5cm的模具中，在60°C条件下充分干燥，得到5cm*2cm*0.093cm尺寸的石墨烯一镍薄片，作为电池的正极；(3)配制电解液:将Cl与AlCl3按摩尔比Cl/AlCl3=1.5的比例混合均匀；(4)准备PE隔膜，厚度为38微米；(5)准备负极片:其材料为高纯铝，厚度为1.4毫米；(6)将以上材料按照石墨烯一镍薄片、PE隔膜、高纯铝的顺序排列，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高性能的铝电池，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‑镍的复合材料，其中镍为纳米颗粒镶嵌于石墨烯中，镍颗粒的直径介于0.5微米到10微米之间；所述负极为高纯铝；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0.8，小于1.5。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫国，朱浩，
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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