一种高放电电压的二次铝离子电池及制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种高放电电压的二次铝离子电池及制备方法，属于二次离子电池技术领域。
【背景技术】
[0002]随着锂离子二次电池的广泛应用，其安全性能越来越引起人们的关注。近年来，锂离子电池的爆炸事件时有发生。这是因为液体电解质需要被包装在密封的金属壳中，在一些不当使用的情况下，电池内部或外部会过热而使电池内压大幅度增加，液体电解质会急剧挥发从而引起电池发生爆炸，因此使用液体电解质的锂离子二次电池存在安全隐患。这些因素限制了液体电解质锂离子二次电池的进一步发展，因此提高锂离子电池安全性是研发锂离子二次电池的关键。
[0003]中国专利CN103825045公开了一种铝离子电池及其制备方法，此铝离子电池的正极为过渡族金属氧化物、负极为高纯铝；该发明提高了电池的安全性能。不过该电池的放电电压低于1伏，也远低于目前商用的锂离子二次电池，因此很难取代目前锂离子二次电池在手机、电动车等领域的应用。
[0004]中国专利CN103915611A公开了一种水系铝离子电池阳极材料及其制备方法，该材料由二氧化钛纳米树叶组成，二氧化钛纳米树叶的化学组成为T1uf^NH)。.，，平均长度为50nm，宽度为10nm，比表面积为314.2m2/g。该发明制备的电池能够将循环次数提高到200次，不过其充放电电压仍然较低，在2V以下，远远低于目前商用的锂离子二次电池。
[0005]中国专利CN104241596A提出了一种可充电铝离子电池及其制备方法，其正极采用石墨结构的碳材料，负极为高纯铝，电解液为无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物的混合物。该发明采用铝离子作为导电离子，避免了使用锂离子，也由此规避了由于锂离子引起的导电问题。不过该发明的电池的放电平台在2.4V以下，比锂离子电池的4.2V低很多，并且其循环次数低。
[0006]中国专利CN101937994A提供了一种锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法，所述的负极材料由石墨烯与铝按质量比为1: 0.1?100组成，容量达600?1200mAh/g。所发明的电池在l-500mA/mg的电流密度下，充放电1_100个循环进行熟化，熟化后得到锂离子电池石墨烯/铝负极材料。不过该电池的放电平台在IV以下，远低于目前商用的锂离子二次电池。
[0007]专利CN104078679A开了一种二次铝电池，包括正极、含铝负极和非水电解液。所述正极为碳纳米管/导电硫化聚合物复合材料。制备成电池后，其放电电压为1.85V，50次循环后容量衰减大于20%。
【发明内容】
[0008]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高放电电压的二次铝离子电池及制备方法，有较高的热稳定性，能够克服当前锂离子电池的安全性问题，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题。
[0009]技术方案:为实现上述目的，本发明的高放电电压的二次铝离子电池，包括正极、负极、电解液和连接所述正极及负极的隔膜，所述正极为石墨烯与镍构成的复合片，由两层组成，一层为镍，另一层为石墨烯；所述负极为铝硅合金，其中硅的质量占铝硅合金总质量的5-8% ;所述电解液为包含有A13+、C1、[EMIm]+构成的混合物，其中[EMIm] +与A13+摩尔比大于3:2，小于4:1。
[0010]作为优选，所述负极除铝硅之外的其他元素的质量含量总合小于0.1%，铝硅合金的厚度为0.2-2毫米。
[0011]作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。
[0012]作为优选，所述石墨烯-镍的复合材料厚度为50-2000微米，镍的质量分数少于复合材料总质量的20%。
[0013]作为优选，所述镍为多孔镍，孔径1微米以下。
[0014]—种上述的高放电电压的二次铝离子电池的制备方法，包括以下步骤:
[0015](1)利用厚度为0.1-5毫米的多孔镍为基底，采用化学气相沉积法在多孔镍上生长一层石墨烯，沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，沉积温度为900?1000°C，降温的速度为15°C /s，由此制备得到镍-石墨烯复合片，作为电池的正极，控制沉积条件使得石墨烯的厚度为50-2000微米；
[0016](2)将[EMIm]Cl与A1C13按一定比例混合均匀，得到电解液，其中[EMIm] +与A1 3+摩尔比大于3:2，小于4:1;
[0017](3)按照石墨烯与镍复合片、隔膜、铝硅合金的顺序排列，其中石墨烯与镍复合片为正极，铝硅合金为负极，注入电解液并封装，得到二次铝离子电池。
[0018]有益效果:本发明的高放电电压的二次铝离子电池，有较高的热稳定性，能够克服当前锂离子电池的安全性问题，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题，并且本发明制备的电池比已报道的铝离子二次电池的性能优越，该电池的充放电平台可以达到3V以上，循环寿命可以达到5000次以上，电池的能量密度可以达到85Wh/Kg以上。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020](1)利用厚度为3毫米的多孔镍为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在多孔镍上生长一层石墨烯，沉积过程利用014为碳源、Η2为载气，沉积温度为900°C，沉积8.6小时后降温，降温的速度为15°C /s，由此制备得到镍-石墨烯复合片，作为电池的正极，测量石墨烯的厚度为1966微米；
[0021 ] (2)配制电解液:将[EMIm] Cl与A1C13按3:1的比例混合均匀；
[0022](3)准备PP/PE/PP隔膜，厚度为50微米；
[0023](4)准备负极片:其材料为铝硅合金，其中硅的质量含量为5%，厚度为2毫米；
[0024](5)将以上材料按照镍-石墨烯复合片、隔膜、招硅合金的顺序排列，其中镍-石墨烯复合片为正极，铝硅合金为负极，注入电解液并封装，得到铝离子二次电池；
[0025](6)电池测试:采用Land电化学测试系统，测试得该电池的充放电平台为3.6V，循环5000次后，其容量损失8%，电池的能量密度为99Wh/Kg。
[0026]实施例2
[0027](1)利用厚度为0.1毫米的多孔镍为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在多孔镍上生长一层石墨烯，沉积过程利用014为碳源、Η2为载气，沉积温度为980°C，沉积2小时后降温，降温的速度为15°C /s，由此制备得到镍-石墨烯复合片，作为电池的正极，测量石墨烯的厚度为110微米；
[0028](2)配制电解液:将[EMIm]Cl与A1C13按3:2的比例混合均匀；
[0029](3)准备PE隔膜，厚度为18微米；
[0030](4)准备负极片:其材料为铝硅合金，其中硅的质量含量为8%，厚度为0.5毫米；
[0031]