一种基于含碘正极的铝离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于含碘正极的铝离子电池及其制备方法，该电池包含正极、负极、离子液体基电解液、隔膜，所述的正极为含碘物质，负极为高纯铝箔，离子液体基电解液由无水氯化铝和1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯化物混合而成。该铝离子电池内可发生可逆化学反应，与利用铝离子在正极材料层间发生可逆的嵌入与脱出类型的铝离子电池有着本质的区别，电池所用正极材料简单易得，只需常规设备即可实施，使得该铝离子电池可广泛用于各类能源设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二次电池及其制备领域，涉及铝离子电池的制备技术，特别涉及一种基于含碘正极的铝离子电池及其制备方法，该电池是基于铝离子与正极活性物质发生可逆化学反应的二次离子电池。
技术介绍
随着人类越来越依赖于能源驱动的各种设备，化石燃料的迅速减少和日益严峻的环境问题，人们越来越重视能量存储和转化系统的开发，大部分人将目光锁定锂离子电池，虽然锂电池已经大规模商业化应用很长一段时间了，但锂离子电池的能量密度、功率密度等性能还有待提高，目前，正在向电动汽车的动力电池方面发展，然而，锂资源的局限阻碍着其大规模应用，安全性问题限制着锂离子电池的进一步发展，2016年8月底起，三星Note7在全球发生近40起爆炸事故，电池安全问题再次引发人们的关注，发展资源丰富，成本低廉的新型可充电电池体系，具有较大的现实意义。与锂相比，铝是地壳中含量最丰富的金属元素，成本低，价格低廉，在电化学充放电反应中，转移的电子数为3个，与单电子的锂离子相比，铝的理论比容量达2980mAh/g，在所有的金属元素中位居第二，仅次于锂(3870mAh/g)，其体积比容量为8050mAh/cm3，是目前所有金属电极材料中最高的，用作电池负极材料，具有其他金属负极材料无可比拟的优势。2015年4月6日,Nature发表了斯坦福大学戴宏杰团队关于铝离子电池的论文“Anultrafastrechargeablealuminium-ionbattery”该团队用石墨烯泡沫作为铝离子电池的正极材料，其充放电电压平台较高，接近2V，循环性能优异，循环次数高达7500次，电池具有快速充放电的特性和超长循环寿命.然而，其实际比容量较低，仅为70mAh/g，并且，石墨烯泡沫的制备过程比较繁琐，一般的实验室满足不了，将其产业化更是一件比较困难的事情。中国专利CN104701541A公开了一种WS2做正极的铝离子电池及其制备方法，电池采用的WS2层状结构正极材料表现出稳定的循环性能，电化学窗口较宽、电池使用温度范围较宽，但其放电比容量过低，初次放电比容量为循环过程中的最高比容量，且仅为20mAh/g。中国专利CN105449271A公开了一种CuS为正极的铝离子二次电池及其制备工艺，CuS易于合成，成本低，无毒无害，采用CuS材料其首次放电比容量高达275mAh/g，放电平台高达1.5V，但是整个电池体系容量衰减严重，16次循环后，容量衰减为160mAh/g，容量保有率仅为57％。对于室温铝二次电池正极材料的研究，大多数是基于层状结构的材料的研究，利用其层状结构使得铝离子在层间可逆的嵌入与脱出，但由于多价铝离子在嵌入/脱出时的动力学较差，使得可逆充放电变得比较困难。因此，研发基于发生可逆化学反应的铝离子电池，对实现铝离子电池的商业化应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于含碘正极的铝离子电池及其制备方法，该电池采用与铝离子发生可逆化学反应的新型正极材料，实现铝离子电池的高容量充放电，正极材料的制备过程简单，只需常规设备即可实施，所用原料廉价易得。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于含碘正极的铝离子电池，包含正极、负极、离子液体基电解液、隔膜，其中，所述的正极为含碘物质，负极为高纯铝箔，离子液体基电解液由无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物混合而成。上述技术方案中，所述的离子液体基电解液中无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的摩尔比例为1：1-10：1。正极中的活性物质含碘，正极采用擀片法或负载法制备而成。所述的擀片法获得的正极，其所用含碘原料为聚乙烯吡咯烷酮碘(PVPI)、碘仿(CHI3)、聚N-乙烯基咔唑中的一种，所述的负载法制备的正极所用含碘原料为各类碘伏。所述的碘伏为聚乙烯吡咯烷酮碘、聚乙二醇碘、壬基酚聚氧乙烯醚碘、聚醇醚碘、洗必泰碘中的一种或几种。上述所述的聚乙烯吡咯烷酮碘(PVPI)为棕红色或黄棕色粉末，其中碘含量为9％-12％，作为优选，碘含量为10％。采用擀片法制备正极材料，具体包括以下步骤：(1)分别称量正极活性物质、导电材料、粘结剂；所述的正极活性物质为聚乙烯吡咯烷酮碘(PVPI)、碘仿(CHI3)、聚N-乙烯基咔唑中的一种；所述的导电材料为super-P、乙炔黑、利琴黑中的一种或几种，所述的粘结剂为聚四氟乙烯，(PTFE)或具有羧基的高分子衍生物，所述的具有羧基的高分子衍生物为羧甲基纤维素钠(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)或丁苯橡胶(SBR)；(2)将称取的正极活性物质和导电材料用研磨或球磨的方式混合均匀；(3)在步骤(2)的基础上，加入称量的粘结剂，反复研磨，使三者充分混合均匀，得到片状材料；(4)将步骤(3)所得的片状材料，用压面机进行压片，制成极片；(5)将上述极片作为正极材料用于组装成铝离子电池。上述方案中，按重量比计，正极活性物质用量为50-80份，导电材料用量为10-20份，粘结剂用量为10-25份。在上述的铝离子电池，在介于隔膜跟正极材料之间还设有防水型碳纸，厚度在0.1-0.3mm之间。所述的隔膜采用具有离子通过性、不与正负极反应、电化学稳定性良好的玻璃纤维材料。所述负极铝箔需用砂纸进行打磨，除去表面的钝化层，使表面变得光滑。采用负载法制备正极材料，包括以下制备步骤：(1)制备目标浓度、目标种类的碘伏。(2)称量碳布的质量，并用上述碘伏浸泡碳布，浸泡时间为0.5h-48h。(3)将浸泡之后的碳布烘干或用手套箱的过渡仓抽干后再次称量，制得正极材料。将准备好的正极材料、负极铝箔、离子液体基电解液、隔膜材料、电池壳等组装成铝离子电池。本专利技术的有益效果：本专利技术使用含碘物质作为正极材料，高纯铝箔作为负极，离子液体作为电解液，构成了一种基于发生可逆化学反应的铝离子电池，与利用铝离子在正极材料层间发生可逆的嵌入与脱出的铝离子电池有着本质的区别，电池所用正极电极材料简单易得，只需常规设备即可实施，且电池性能优异，尤其是聚乙烯吡咯烷酮碘(PVPI)正极材料在持续的充放电测试中表现出较高的比容量，首次放电容量接近理论容量的三分之一，并且，随着循环的进行，活化过程的完成，放电比容量有所增加，见附图2，通过调节电压范围进行活化的方法，使得放电比容量最高达到194.8mAh/g，库伦效率保持在75％左右，见附图3。因此，本专利技术所设计的基于发生可逆化学反应的铝离子电池在未来的发展中可用于各种能源设备。附图说明图1为实施例1制备的铝离子电池的循环伏安曲线；图2为实施例2制备的铝离子电池第4、9、14圈充放电测试曲线；图3为实施例3制备的铝离子电池的循环性能曲线。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术进行更详细的描述，应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本专利技术，本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。实施例1正极活性物质为PVPI，导电材料为利琴黑，粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE),先称取0.5gPVPI，0.2g导电材料加入到球磨罐中，将球磨罐放入高性能球磨机中，在600r/min转速下球磨2h，将球磨好的混合物放入到研钵里面，称取0.25g的聚四氟乙烯(PTFE)，进行研磨处理，最后，用研棒将大小不一的片状块体杵成一个整体，用剪刀将其从中间剪开，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，包含正极、负极、离子液体基电解液、隔膜，其中，所述的正极为含碘物质，负极为高纯铝箔，离子液体基电解液由无水氯化铝和1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯化物混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，包含正极、负极、离子液体基电解液、隔膜，其中，所述的正极为含碘物质，负极为高纯铝箔，离子液体基电解液由无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物混合而成。2.根据权利要求1所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，所述的离子液体基电解液中无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的摩尔比例为1：1-10：1。3.根据权利要求1所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，正极中的活性物质含碘，正极采用擀片法或负载法制备而成。4.根据权利要求3所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，所述的擀片法获得的正极，其所用含碘原料为聚乙烯吡咯烷酮碘、碘仿、聚N-乙烯基咔唑中的一种，所述的负载法制备的正极所用含碘原料为各类碘伏。5.根据权利要求4所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，所述的碘伏为聚乙烯吡咯烷酮碘、聚乙二醇碘、壬基酚聚氧乙烯醚碘、聚醇醚碘、洗必泰碘中的一种或几种。6.根据权利要求4或5所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮碘(PVPI)中碘含量为10％。7.一种如权利要求3所述的基于含碘正极的铝离子电池，其特征在于，所述的正极采用擀片法制成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田华军，张顺龙，韩伟强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33