【技术实现步骤摘要】
本公开涉及电化学储能领域，更具体地，涉及一种用于二次铝基电池的负极集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、自1991年索尼公司开发的第一种锂离子电池(libs)问世以来，可充电电池作为缓解能源危机和环境污染问题的高效电化学储能设备受到了广泛关注。尽管锂离子电池广泛地得到了成功应用，但由于金属锂存在地球资源储量少、成本高和安全性差等问题，其进一步发展受到了阻碍。因此，从可持续发展的角度来看，迫切需要利用地球上丰富的金属资源，探索具有低成本、高安全性和长循环寿命的新电池系统。近年来，基于后锂金属如钠(na)、钾(k)、镁(mg)、铝(a1)和锌(zn)等电池系统引起了人们的极大关注。其中，铝金属作为地壳中最丰富的金属元素且具备低成本(1.9usd kg-1)，高的理论体积比容量(8046mahl-1)和质量比容量(2981mah g-1)等优势，被认为是下一代电池系统最有前途的候选材料之一。
2、众所周知，天然铝的表面存在由氧化铝组成的钝化层，该氧化层可以稳定铝金属与大气氧气和水分的接触，但对于铝在大多数电池电解液中氧化形成可移动的al3+形成了强大的阻碍。之前的多项研究表明，基于离子液体(ionic liquid，il)的电解质，例如，通过混合氯化铝(alcl3)和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物([emim]cl)形成的离子液体电解液，能够有效溶解铝金属表面存在的这层钝化层，并实现铝负极的可逆的沉积/溶解，在该电解液中铝的沉积反应如下：
3、4al2cl7-+3e-→al+7alcl4-
4、此
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决铝负极电极在长时间工作过程中，金属铝在反复沉积/溶解循环过程因沉积不均匀，容易导致的枝晶生长，降低铝金属电池的循环寿命的技术问题，本公开提供了一种用于二次铝基电池的负极集流体及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述存在的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本公开提供的技术方案如下：
3、作为本公开的一个方面，本公开提供了一种用于二次铝基电池的负极集流体，包括：
4、导电基底；以及由沉积在导电基底表面上的亲铝材料形成的亲铝界面层。
5、根据本公开的实施例，导电基底的材料包括：碳材料和金属材料。
6、根据本公开的实施例，碳材料包括碳布、碳纸、碳毡、石墨毡、碳微米或纳米纤维，以及杂原子改性的上述材料中的至少一种。
7、根据本公开的实施例，金属材料包括不锈钢箔、钛箔、钼箔、钽箔、镍箔、不锈钢网、钛网、钼网、镍网、泡沫镍、泡沫钛中的至少一种。
8、根据本公开的实施例，负极集流体上的亲铝界面层是通过如下任意一种沉积方法所形成：磁控溅射法、热蒸镀法、电化学沉积法。
9、根据本公开的实施例，亲铝材料包括贵金属、无机非金属、无机金属氧化物、无机非金属氧化物中的任意一种。
10、根据本公开的实施例，贵金属包括：pt、au、ag。
11、根据本公开的实施例，无机非金属包括：碳或硅。
12、根据本公开的实施例，无机金属氧化物包括：氧化铟锡。
13、根据本公开的实施例，无机非金属氧化物包括：二氧化硅。
14、根据本公开的实施例，亲铝界面层的厚度为1nm-10μm。
15、根据本公开的实施例，负极集流体适用于离子液体电解液体系或水系电解液体系。
16、根据本公开的实施例，离子液体电解液包括咪唑类、吡啶类、三甲胺盐酸盐类、尿素类中任意一种有机配体与氯化铝混合形成的离子液体电解液。
17、根据本公开的实施例，水系电解液包括硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、三氟甲磺酸铝、双三氟甲磺酰亚胺铝中任意一种。
18、本公开的另一个方面，提供了一种用于二次铝基电池的负极集流体的制备方法，包括：在导电基底上沉积亲铝材料形成亲铝界面层，得到上述实施例中的负极集流体。
19、根据本公开的实施例，在导电基底上沉积亲铝材料的沉积方法包括磁控溅射法、热蒸镀法、电化学沉积法中任意一种。
20、本公开的另一方面，还提供了一种负极集流体在二次铝基电池中的应用，包括，将负极集流体应用于无负极铝金属电池或高负极铝金属电池。
21、根据本公开的实施例，高负极铝金属电池包括：负极和电解液，其中，负极包括负极集流体和沉积在负极集流体表面上的铝电极层。
22、根据本公开的实施例，电解液包括：离子液体电解液或水系电解液。
23、根据本公开的实施例，无负极铝金属电池或高负极铝金属电池包括：半电池或全电池。
24、本公开提供的一种用于二次铝基电池的负极集流体及其制备方法和应用具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
25、(1)根据本公开的实施例，通过在导电基底表面上沉积亲铝材料来构建亲铝界面层，利用该亲铝界面层能够降低铝的成核势垒，促进铝在电化学过程中均匀成核与生长，实现均匀而致密的铝沉积；致密的al沉积物与负极基底之间的紧密界面，大大减少了非活性的al形成，能够实现高度可逆、无枝晶和铝负极不预存任何铝的金属铝沉积/溶解过程，有效提高铝负极利用率。
26、(2)根据本公开的实施例，具有亲铝界面层的二次铝基电池的负极集流体一定程度上解决了传统直接使用铝箔作为负极的铝金属负极存在的可逆性差、容易产生枝晶、利用率低等问题，其循环寿命和库伦效率得到明显改善，效果远高于不具有亲铝界面层的铝金属负电极。另外，这种具有亲铝界面层的负极集流体可以在较高的面容量下，实现高度可逆的、稳定的金属铝的沉积/溶解过程，对于未来商业化更具优势。
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1.一种用于二次铝基电池的负极集流体，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述导电基底的材料包括：碳材料和金属材料；
3.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体上的亲铝界面层是通过如下任意一种沉积方法所形成：
4.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述亲铝材料包括贵金属、无机非金属、无机金属氧化物、无机非金属氧化物中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的负极集流体，其特征在于，所述贵金属包括：Pt、Au、Ag；
6.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述亲铝界面层的厚度为1nm-10μm。
7.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体适用于离子液体电解液体系或水系电解液体系；
8.一种用于二次铝基电池的负极集流体的制备方法，其特征在于，包括：
9.一种如权利要求8中所述的负极集流体在二次铝基电池中的应用，其特征在于，所述应用包括：将所述负极集流体应用于无负极铝金属电池或高负极铝金属电池。
<...【技术特征摘要】
1.一种用于二次铝基电池的负极集流体，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述导电基底的材料包括：碳材料和金属材料；
3.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体上的亲铝界面层是通过如下任意一种沉积方法所形成：
4.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述亲铝材料包括贵金属、无机非金属、无机金属氧化物、无机非金属氧化物中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的负极集流体，其特征在于，所述贵金属包括：pt、au、ag；
6.根据...
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