一種鋁電池及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁電池及制備方法，屬于離子電池領域。
【背景技術】
[0002]目前的便攜式電子設備中大量使用二次電池，一般為液體電解質的鋰離子二次電池，這是由于鋰離子電池的容量大、放電平臺高，而且沒有記憶效應。然而，由于液體電解質需要包裝在密封的金屬殼中，在某些不當使用的情況下，鋰離子電池會存在安全隱患。例如電池在高溫環境下工作時外部熱量通過金屬外殼傳遞到電池內部，或者放電電流較大時電池內部放熱，電池內部或外部會過熱而使電池內壓大幅度增加，因而由于液體電解質熱不穩定而使電池發生爆炸，因此使用液體電解質的鋰離子二次電池存在安全隱患，限制了液體電解質鋰離子二次電池的進一步發展。人們開始研究不采用鋰離子，而是采用其他比較安全的離子作為導電離子，例如鋁離子。
[0003]CN104183824A公開了一種二次鋁電池正極材料以及由該正極組成的二次鋁電池。所述二次鋁電池包括正極、含鋁負極和非水電解液。正極材料為石墨烯/醌類化合物的復合材料，其中醌類化合物為醌及相應的衍生物中的任一種，負極為金屬鋁或鋁合金，電解液為非水含鋁電解液。該電池采用鋁離子導電，不過其充放電電壓不超過2V，循環50次后容量衰減嚴重。
[0004]中國專利CN103915611A公開了一種水系鋁離子電池陽極材料及其制備方法，該材料由二氧化鈦納米樹葉組成，二氧化鈦納米樹葉的化學組成為T1uf^NH)。.，，平均長度為50nm，寬度為10nm，比表面積為314.2m2/g。該發明制備的電池能夠將循環次數提高到200次，不過其充放電電壓仍然較低，在2V以下，遠遠低于目前商用的鋰離子二次電池。
[0005]中國專利CN103825045公開了一種鋁離子電池及其制備方法，此鋁離子電池的正極為過渡族金屬氧化物、負極為高純鋁；該發明提高了電池的安全性能。不過該電池的放電電壓低于1伏，也遠低于目前商用的鋰離子二次電池，因此很難取代目前鋰離子二次電池在手機、電動車等領域的應用。
[0006]中國專利CN101937994A提供了一種鋰離子電池的石墨烯/鋁復合負極材料及其制備方法，所述的負極材料由石墨烯與鋁按質量比為1: 0.1?100組成，容量達600?1200mAh/g。所發明的電池在l-500mA/mg的電流密度下，充放電1_100個循環進行熟化，熟化后得到鋰離子電池石墨烯/鋁負極材料。不過該電池的放電平臺在IV以下，遠低于目前商用的鋰離子二次電池。
【發明內容】
[0007]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種鋁電池及制備方法，采用鋁離子作為導電離子，排除電池中存在的鋰元素，不會產生鋰離子二次電池的爆炸問題。
[0008]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種鋁電池，包括正極、負極、電解液和連接所述正極及負極的隔膜，所述正極為石墨烯與鎳構成的復合片，由兩層組成，一層為鎳，另一層為石墨烯；所述負極為鋁錳合金，其中Μη的質量占鋁錳合金總質量的3-8% ;所述電解液為包含有A13+、C1-、[EMIm] +構成的混合物，其中[EMIm] +與A13+摩爾比大于3:2，小于4:1。
[0009]作為優選，所述石墨烯的厚度為50-2000微米，鎳厚度為0.5-5毫米。
[0010]作為優選，所述鋁錳合金中錳、鋁以外的其他雜質元素的質量含量總合小于
0.1%,鋁錳合金厚度為0.2-2毫米。
[0011]作為優選，所述隔膜的厚度為10-50微米。
[0012]所述鎳為多孔鎳，孔徑1微米以下，使用多孔結構，能夠大大增大比表面積，增加容量與充放電速度。
[0013]—種上述的鋁電池的制備方法，包括以下步驟:
[0014](1)利用厚度為0.1-5毫米的多孔鎳為基底，采用化學氣相沉積(CVD)法在多孔鎳上生長一層石墨烯，沉積過程利用CH4為碳源、H2為載氣，沉積溫度為900?1000°C，降溫的速度為15°C /s，由此制備得到鎳-石墨烯復合片，作為電池的正極，控制沉積條件使得石墨烯的厚度為50-2000微米；
[0015](2)將[EMIm]Cl與A1C13按一定比例混合均勻，得到電解液，其中[EMIm] +與A1 3+摩爾比大于3:2，小于4:1;
[0016](3)按照石墨烯與鎳復合片、隔膜、鋁錳合金的順序排列，其中石墨烯與鎳為正極，鋁錳合金為負極，注入電解液并封裝，便得到鋁電池。
[0017]本發明的電解液采用了 [EMIm]+與A13+兩種離子，對于單一鋁離子而言，能夠提高電池的循環壽命、放電電壓等性能。
[0018]有益效果:本發明的鋁電池，有較高的熱穩定性，能夠克服當前鋰離子電池的安全性問題，不會產生鋰離子二次電池的爆炸問題，并且本發明制備的電池比已報道的鋁離子二次電池的性能優越。該電池的充放電平臺可以達到3.5V以上，循環壽命可以達到5000次以上，電池的能量密度可以達到90Wh/Kg以上。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020](1)利用厚度為1.1毫米的多孔鎳為基底，采用化學氣相沉積(CVD)法在多孔鎳上生長一層石墨烯，沉積過程利用014為碳源、Η 2為載氣，沉積溫度為960°C，沉積3.8小時后降溫，降溫的速度為15°C /s，由此制備得到鎳-石墨烯復合片，作為電池的正極，測量石墨烯的厚度為187微米；
[0021 ] (2)配制電解液:將[EMIm] Cl與A1C13按4:1的比例混合均勻；
[0022](3)準備PP隔膜，厚度為10微米；
[0023](4)準備負極片:其材料為鋁錳合金，其中錳的質量含量為7%，厚度為0.4毫米。
[0024](5)將以上材料按照鎳-石墨烯復合片、PE隔膜、鋁錳合金的順序排列，其中鎳-石墨烯復合片為正極，鋁錳合金為負極，注入電解液并封裝，得到鋁電池；
[0025](6)電池測試:采用Land電化學測試系統，測試得該電池的充放電平臺為3.5V，循環8000次后，其容量損失6%，電池的能量密度達到103Wh/Kg。
[0026]實施例2
[0027](1)利用厚度為5毫米的多孔鎳為基底，采用化學氣相沉積(CVD)法在多孔鎳上生長一層石墨烯，沉積過程利用CH4為碳源、H2為載氣，沉積溫度為1000°C，沉積1小時后降溫，降溫的速度為15°C /s，由此制備得到鎳-石墨烯復合片，作為電池的正極，測量石墨烯的厚度為53微米；
[0028](2)配制電解液:將[EMIm]Cl與A1C13按5:2的比例混合均勻；
[0029](3)準備PE隔膜，厚度為18微米；
[0030](4)準備負極片:其材料為鋁