一种可充放电铝离子电池及其制备方法技术

一种可充放电铝离子电池及其制备方法，涉及铝离子电池。包括电池正极、电池负极、电解液、集流体、隔膜；电池正极为普鲁士蓝及其衍生物，电池负极为金属铝或含铝合金。所述普鲁士蓝及其衍生物的化学通式为：AxM[N(CN)6]y·nH2O。将普鲁士蓝及其衍生物、导电材料、粘结剂混合；将铝或铝合金打磨双面，得到电池负极材料；将离子液体干燥后，卤化铝和离子液体混合，得含有可自由移动铝离子的非水溶液电解液；将正极材料、负极材料、电解液、隔膜组装后测度，得普鲁士蓝及其衍生物为正极的铝离子电池。

Charge discharge aluminum ion battery and preparation method thereof

The utility model relates to an aluminum ion battery capable of charging and discharging and a preparation method thereof, relating to an aluminum ion battery. The utility model comprises a positive electrode of a battery, a negative electrode of an electric cell, an electrolyte, a collecting fluid and a separator; the positive electrode of the battery is Prussian blue and the derivative thereof; and the negative electrode of the battery is a metal aluminum or an aluminium containing alloy. The chemical formula of Prussian blue and its derivatives is: AxM[N (CN), 6]y, nH2O. The Prussian blue and its derivatives, conductive material and binder; aluminum or Aluminum Alloy double-sided polishing, get battery cathode material; the ionic liquid is dried, mixed and aluminum halide ionic liquid, non aqueous electrolyte containing aluminum ions can move freely; the cathode material, anode material, electrolyte and separator assembly measure well, Prussian blue and its derivatives as the aluminum ion battery anode.

【技术实现步骤摘要】
一种可充放电铝离子电池及其制备方法
本专利技术涉及铝离子电池，尤其是涉及一种可充放电铝离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池一直被认为是最有前景的电化学储能体系之一，因为它能量密度高、循环寿命长、工作电势高。但近年来随着锂离子电池的大范围推广和应用，锂资源面临枯竭，价格逐年攀升。而铝资源丰富，每年开采量是锂的1000多倍，价格低廉；其次，铝负极在空气中性质稳定，安全系数高；再者，其体积比能量密度远远高于锂，外加铝离子电池还有可弯折性强、对环境友好等优点，因此对于未来的可穿戴设备电池，易发生碰撞危险易燃易爆的汽车电池，大规模智能电网储能等领域都有极大的应用前景。目前，铝离子电池研究仍处于初期阶段，正极材料可挑选范围窄，在已报道过的铝离子电池正极材料中，如Cheverel相结构的Mo6S8正极活性物质能够很好的可逆嵌脱Al(文献:Geng,L.X.etal.ReversibleelectrochemicalintercalationofaluminuminMo6S8.ChemistryofMaterials[J],2015)，其首圈放电比容量为148mAhg-1，但该材料制备条件苛刻，成本极高，因此实用性不大。又如嵌脱机理型材料泡沫石墨(文献:Lin,M.C.etal.Anultrafastrechargeablealuminium-ionbattery[J].Nature,2015)，研究采用热解石墨和三维泡沫石墨作为铝离子电池正极材料，循环性能虽然优异，但其制备工艺尤其复杂，商业化几乎难以实现。普鲁士蓝及其衍生物具有优良的电化学可逆性，高度的稳定性，容易制备以及价格低廉等优点，因而在电化学催化、电显色、二次电池等方面有很大的应用前景。此外，普鲁士蓝及其衍生物具有沸石特性，能很快的与碱金属离子发生交换反应。其间存在大量的空隙，便于离子的嵌入和脱嵌，而且其中的过渡金属具有不同价态，可以发生氧化还原反应，提供电子转移。根据这些特征，普鲁士蓝及其衍生物在作为锂离子电池材料方面具有较大的优势。LianShen等人研究了普鲁士蓝以及其衍生物柏林绿作为锂离子电池正极材料的充放电性能(文献:Lian,S.etal.PrussianBluesasaCathodeMaterialforLithiumIonBatteries[J].ChemistryAEuropeanJournal,2014)，Fe[Fe(CN)6]的首圈放电容量达到138mAh/g，循环50圈后容量衰减至96mAh/g，而Fe4[Fe(CN)6]3的首圈放电容量达到95mAh/g，循环50圈后，容量衰减25％。两种材料的库伦效率在一些圈数达到了99％，这显示了在该电压区间范围内材料结构高度稳定性。普鲁士蓝类其高充放电比容量及其优良的循环性能主要是由于其空间结构中存在的大量空隙结构，这些空隙结构为锂离子提供了传输通道和储存空间。以上研究结果都显示普鲁士蓝类材料在经济易得、环境友好的二次电池领域有重要的应用价值。迄今为止尚未报道关于普鲁士蓝及其衍生物作为铝离子电池正极材料的专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可充放电铝离子电池及其制备方法。所述可充放电铝离子电池包括电池正极、电池负极、电解液、集流体、隔膜；所述电解液为含铝离子非水系电解液，所述集流体为在电解液中表现电化学惰性的金属箔片集流体，所述隔膜为分隔电池正极和电池负极的隔膜，其中，电池正极为普鲁士蓝及其衍生物，电池负极为金属铝或含铝合金；所述普鲁士蓝及其衍生物的化学通式为：AxM[N(CN)6]y·nH2O，其中A为碱金属，选自K或Na中的一种；M、N是过渡金属，选自Fe、Cu、Ni、Co、Mn、Cr等中的一种或两种。所述普鲁士蓝及其衍生物的制备方法如下：1)普鲁士蓝的制备方法：普鲁士蓝可通过简单的液相法得到，称取0.01mol的六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的FeCl3溶液；同样称取0.005mol的三水合六氰亚铁酸钾(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K4[Fe(CN)6]溶液。将FeCl3溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度滴加于K4[Fe(CN)6]溶液中，60℃水浴条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，随后自然冷却至室温，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得普鲁士蓝深蓝色粉末(Fe4[Fe(CN)6]3)。2)普鲁士蓝类衍生物的制备方法：(1)柏林绿的制备：柏林绿也可通过液相法制备，称取0.01mol的六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的FeCl3溶液；同样称取0.005mol的六氰合铁酸钾(K3[Fe(CN)6])，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。将FeCl3溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K3[Fe(CN)6]溶液中，在40℃水浴条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，随后将反应液静置至室温，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得柏林绿墨绿色粉末(Fe[Fe(CN)6])。(2)草绿色粉末(Nix[Fey(CN)6])的制备：称取0.01mol的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的NiCl2溶液；同样称取0.005mol的三水合六氰亚铁酸钾(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K4[Fe(CN)6]溶液。将NiCl2溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K4[Fe(CN)6]溶液中，室温条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得草绿色粉末(Nix[Fey(CN)6])。(3)棕黄色粉末(Nix[Fey(CN)6])的制备：称取0.01mol的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的NiCl2溶液；同样称取0.005mol的六氰合铁酸钾(K3[Fe(CN)6])，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。将NiCl2溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K3[Fe(CN)6]溶液中，室温条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得棕黄色粉末(Nix[Fey(CN)6])。(4)灰绿色粉末(Cux[Fey(CN)6])的制备：称取0.01mol的二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的CuCl2溶液；同样称取0.005mol的六氰合铁酸钾(K3[Fe(CN)6])，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可充放电铝离子电池，其特征在于包括电池正极、电池负极、电解液、集流体、隔膜；所述电解液为含铝离子非水系电解液，所述集流体为在电解液中表现电化学惰性的金属箔片集流体，所述隔膜为分隔电池正极和电池负极的隔膜，其中，电池正极为普鲁士蓝及其衍生物，电池负极为金属铝或含铝合金；所述普鲁士蓝及其衍生物的化学通式为：AxM[N(CN)6]y·nH2O，其中A为碱金属，选自K或Na中的一种；M、N是过渡金属，选自Fe、Cu、Ni、Co、Mn、Cr中的一种或两种。

【技术特征摘要】
1.一种可充放电铝离子电池，其特征在于包括电池正极、电池负极、电解液、集流体、隔膜；所述电解液为含铝离子非水系电解液，所述集流体为在电解液中表现电化学惰性的金属箔片集流体，所述隔膜为分隔电池正极和电池负极的隔膜，其中，电池正极为普鲁士蓝及其衍生物，电池负极为金属铝或含铝合金；所述普鲁士蓝及其衍生物的化学通式为：AxM[N(CN)6]y·nH2O，其中A为碱金属，选自K或Na中的一种；M、N是过渡金属，选自Fe、Cu、Ni、Co、Mn、Cr中的一种或两种。2.如权利要求1所述一种可充放电铝离子电池，其特征在于所述普鲁士蓝及其衍生物的制备方法如下：1)普鲁士蓝的制备方法：普鲁士蓝通过简单的液相法得到，称取0.01mol的六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的FeCl3溶液；同样称取0.005mol的三水合六氰亚铁酸钾(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K4[Fe(CN)6]溶液。将FeCl3溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度滴加于K4[Fe(CN)6]溶液中，60℃水浴条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，随后自然冷却至室温，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得普鲁士蓝深蓝色粉末(Fe4[Fe(CN)6]3)。2)普鲁士蓝类衍生物的制备方法：(1)柏林绿的制备：柏林绿也可通过液相法制备，称取0.01mol的六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的FeCl3溶液；同样称取0.005mol的六氰合铁酸钾(K3[Fe(CN)6])，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。将FeCl3溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K3[Fe(CN)6]溶液中，在40℃水浴条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，随后将反应液静置至室温，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得柏林绿墨绿色粉末(Fe[Fe(CN)6])；(2)草绿色粉末(Nix[Fey(CN)6])的制备：称取0.01mol的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的NiCl2溶液；同样称取0.005mol的三水合六氰亚铁酸钾(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K4[Fe(CN)6]溶液。将NiCl2溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K4[Fe(CN)6]溶液中，室温条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜，温度设置为60℃，次日，研磨，得草绿色粉末(Nix[Fey(CN)6])；(3)棕黄色粉末(Nix[Fey(CN)6])的制备：称取0.01mol的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)，溶于100mL去离子水中，配制成0.1mol/L的NiCl2溶液；同样称取0.005mol的六氰合铁酸钾(K3[Fe(CN)6])，溶于50mL去离子水中，配制成0.1mol/L的K3[Fe(CN)6]溶液。将NiCl2溶液通过分配型蠕动泵以1mL/min的速度缓慢滴加于K3[Fe(CN)6]溶液中，室温条件下电动搅拌6h，搅拌速度为250r/min，离心，用去离子水和丙酮清洗数次，将得到的样品放置在真空干燥箱干燥过夜...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，蒋嘉丽，李赫，王静，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35