一种含铝离子的电池电解液及电池制造技术

一种含铝离子的电池电解液及电池，属于电化学技术领域，涉及一种含铝离子的电池电解液及电池。本发明专利技术将氨基磺酸铝用于含铝离子的电池电解液及电池，用作锌铝双离子电池电解液时能避免增加锌负极腐蚀自放电，同时无氟的氨基磺酸价格比含氟的三氟甲磺酸价格低而且更安全，利用氨基磺酸与金属铝合成氨基磺酸铝做为含铝离子的电池电解液及电池能降低电池成本，提高电池安全性。用于其它电解液含铝离子的电池，如铝离子电池、铝锂双离子电池、铝钠双离子电池也能降低电池成本、提升安全性。提升安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种含铝离子的电池电解液及电池


[0001]涉及一种含铝离子的电池电解液及电池。

技术介绍

[0002]由于石化能源是一种不可再生资源而且污染严重，目前大部分国家都在大力发展新能源电池以替代石化能源，锂离子电池在电动汽车与储能方面已经有了长足的发展，然而商业锂离子电池采用易燃的有机电解液，组装生产条件苛刻，加之锂资源的稀缺，使得锂离子电池成本高昂。金属锌（Zn）拥有高达820 mAhg
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1的理论容量，由锌负极与二氧化锰正极构成的二次电池具有很高的容量，但其工作电压较低，大部分低于1.4V，电池整体能量密度偏低，在酸性锌锰二次电池电解液中加入铝盐，构成锌铝双离子电池能够显著提高电池工作电压，其平均工作电压可达1.5V~1.7V。发展含铝离子的锌铝双离子电池对有效利用可再生能源具有重要意义。
[0003]目前各类水系含铝离子的电池电解液主要采用三氟甲磺酸铝为溶质，在高浓度的三氟甲磺酸盐水溶液电解液中锌铝双离子电池具有较好的充放电性能，但三氟甲磺酸铝价格昂贵，采用这种含氟盐电解液会严重增加电池成本，且低浓度下对锌负极腐蚀自放电较严重。硫酸铝溶解度太低不适合做电解液用，硝酸铝溶解度高，但加入硝酸铝的酸性锌锰二次电池锌负极腐蚀析氢严重，且硝酸铝有氧化性，与有机物摩擦或撞击能引起燃烧，稳定性欠佳，使用硝酸铝存在一定安全隐患，氯酸铝盐稳定性更差，受热会分解并爆炸，使用氯酸铝存在更大的安全隐患。其它电解液含铝离子的水系电池，如水系铝离子电池、铝锂双离子电池、铝钠双离子电池也普遍采用价格昂贵的三氟甲磺酸铝等含氟铝盐电解液，存在成本较高的问题难以解决。因此，开发一种价格低廉、稳定、不易腐蚀锌负极的含铝离子的电池电解液及电池具有重要的科研和应用价值。

技术实现思路

[0004]由于三氟甲磺酸铝价格高昂，用做电池电解液不利于降低电池成本，且在锌铝双离子电池中低浓度下对负极锌腐蚀较严重；硫酸铝溶解度太低不适合做电解液用，硝酸铝溶解度高，但加入硝酸铝的锌铝双离子电池锌负极腐蚀析氢严重，且硝酸铝稳定性欠佳，使用硝酸铝也存在一定安全隐患，氯酸铝盐稳定性更差，使用氯酸铝存在更大的安全隐患。其它电解液含铝离子的水系电池也采用价格昂贵的三氟甲磺酸铝等含氟铝盐电解液，成本较高的问题难以解决。经专利技术人研究发现，用氨基磺酸与金属铝反应可以合成氨基磺酸铝盐，该氨基磺酸铝盐具有较高的溶解度、稳定、且成本相对较低。针对上述技术问题，本专利技术利用氨基磺酸铝为溶质提供了一种价格相对较低，稳定，不易腐蚀锌负极的含铝离子的电池电解液及电池。
[0005]本专利技术技术方案如下：一种含铝离子的电池电解液，包括溶质和水，所述溶质包含氨基磺酸铝，其摩尔浓度为0.1～1.5mol/L。
[0006]进一步的，上述一种含铝离子的电池电解液，所述溶质包含氨基磺酸铝，其摩尔浓度优选为0.5～1mol/L。
[0007]一种含铝离子的电池，包括电池正负极和电解液，所述电池的电解液为本专利技术所述电解液。
[0008]本专利技术上述使用到的氨基磺酸铝可以采用氨基磺酸和金属铝在水溶液中加热反应合成，合成温度为60℃至200℃。
[0009]上述电解液中，可以含有锌盐、锂盐、钠盐等其它电解质，可以根据电池的不同正负极调配其它电解质。
[0010]本专利技术所述锌铝双离子电池为电解液中同时含有氨基磺酸锌和氨基磺酸铝的电池，所述铝离子电池是电解液为氨基磺酸铝水溶液的电池，所述铝锂双离子电池是电解液同时含有氨基磺酸铝和氨基磺酸锂的电池，所述铝钠双离子电池是电解液同时含有氨基磺酸铝和氨基磺酸钠的电池。
[0011]本专利技术中，所述含铝离子的电池，其正负极没有限制，可以是锌和二氧化锰以外的其它本领域的常规选择，例如，所述负极可以是磷酸钛锂、钛酸锂、二氧化钛、二硫化钛、钛酸钠、二硫化钼、二氧化钒、钒酸锂材料中的至少一种，所述正极可以是二氧化锰、五氧化二钒、碳或石墨材料中的至少一种。
[0012]本专利技术采用氨基磺酸铝做含铝离子的电池电解液溶质，首先，氨基磺酸又称固体硫酸，是一种强酸，稳定性较高，合成的氨基磺酸铝也具有较高的稳定性，其次与硫酸铝比氨基磺酸铝溶解度也更高，更适合做电解液。经专利技术人研究发现在酸性锌锰二次电池电解液中加入氨基磺酸铝对锌负极的腐蚀性非常小，对提升电池性能降低成本非常有益，通过实验对比发现，电解液中加入氨基磺酸铝的酸性锌锰二次电池长时间存放不会增加锌负极腐蚀，然而加入硝酸铝的酸性锌锰电池析氢自放电非常严重，静置存放10小时电池就会因析氢而膨胀变形，加入三氟甲磺酸铝的酸性锌锰电池，静置存放60天，电池的锌负极片也会产生不同程度的腐蚀，部分甚至会腐蚀至锌负极片完全穿孔，析氢腐蚀也会给电池带来严重的安全隐患。氨基磺酸的价格比三氟甲磺酸价格低很多，因此氨基磺酸铝的成本比含氟元素的三氟甲磺酸铝低很多，同时无氟的氨基磺酸铝比含氟的三氟甲磺酸铝更加安全环保。氨基磺酸铝较高的稳定性、高的溶解度和较低的成本特性，利用氨基磺酸铝做电解液的溶质也能降低其它水系铝离子电池、铝锂双离子电池、铝钠双离子电池的成本，并提高安全性和环保性。
[0013]综上，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种含铝离子的电池电解液及电池，用作锌铝双离子电池电解液时能避免增加锌负极腐蚀自放电，同时能降低电池成本，提高电池安全性，用于其它铝离子电池、铝锂双离子电池、铝钠双离子电池也能降低电池成本、提高电池安全性。
具体实施方式
[0014]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0015]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各
个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0016]以下将通过实施例对本专利技术进行详细描述。
[0017]本专利技术所述氨基磺酸铝的制备方法是，按摩尔比3:1.1称取氨基磺酸和金属铝加入水中，然后在密闭的设有压力排气阀的容器中把水和氨基磺酸与金属铝的混合物加热至60℃至200℃进行反应，待反应完成后冷却过滤去除未溶物，所得溶液即为氨基磺酸铝的水溶液，调配至所需浓度即可作为电解液使用。
[0018]本专利技术所述锌铝双离子电池正极可以是二氧化锰，负极为金属锌，电解液为氨基磺酸锌和氨基磺酸铝的混合水溶液；所述铝离子电池正极可以是二氧化锰、五氧化二钒、二硫化钼中的任意一种，负极为二氧化钛，电解液为氨基磺酸铝；所述铝锂双离子电池，正极为二氧化锰，负极为钛酸锂、磷酸钛锂中的任意一种，电解液为氨基磺酸铝和氨基磺酸锂的混合水溶液；所述铝钠双离子电池，正极为二氧化锰，负极为磷酸钛锂、磷酸钛钠中的任意一种，电解液为氨基磺酸铝和氨基磺酸钠的混合水溶液。
[0019]以下实例所述锌铝双离子电池负极采用金属锌箔，正极采用α型二氧化锰，用透明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铝离子的电池电解液，包括溶质和水，其特征在于，所述溶质包含氨基磺酸铝，其摩尔浓度为0.1～1.5mol/L。2.根据权利要求1所述的一种含铝离子的电池电解液，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张韩生，
申请(专利权)人：张韩生，
类型：发明
国别省市：