一种负极为纯铝的二次离子电池及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种负极为纯铝的二次离子电池及制备方法，属于离子电池领域。
【背景技术】
[0002]近半个世纪以来，能源问题已成为全球关注的问题。在便携式电源方面，上个世纪八十年代大量采用镍镉电池，但是由于其具有记忆性、特别是重金属镉具有污染性，九十年代之后其地位逐渐被锂电池所取代。一直到今天，笔记本电脑、手机等工具中大量使用的都是液体电解质的锂离子二次电池。然而，锂离子电池的安全问题逐渐成为人们关注的焦点。这是因为在某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，因而由于液体电解质热不稳定而使电池发生爆炸。人们开始研发更加安全的电池。
[0003]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。
[0004]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I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。
[0005]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%。
[0006]中国专利CN101937994A提供了一种裡尚子电池的石墨稀/招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。
【发明内容】
[0007]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种负极为纯铝的二次离子电池及制备方法，采用铝离子作为导电离子，排除电池中存在的锂元素，不会产生锂离子二次电池的爆炸问题。
[0008]技术方案:为实现上述目的，本发明的负极为纯铝的二次离子电池，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钛合金构成的复合片，由两层组成，一层为镍钛合金合金，另一层为石墨烯;所述负极为高纯铝;所述电解液为包含有A13+、C1—、[EMIm]+构成的混合物，其中[EMIm]+与Al3+摩尔比大于3:2，小于4:1。
[0009]作为优选，所述石墨烯的厚度为50-2000微米，镍钛合金厚度为0.5-5毫米，镍钛合金中镍和钛的质量各位50%。
[0010]作为优选，所述负极杂质元素的质量含量总合小于0.1%，其厚度为0.2-2毫米。
[0011]作为优选，所述隔膜的厚度为10-50微米。
[0012]—种上述的负极为纯铝的二次离子电池的制备方法，包括以下步骤:
[0013](I)利用厚度为0.5-5毫米的镍钛合金为基底，采用化学气相沉积法在镍钛合金上生长一层石墨烯，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，由此制备得到镍钛合金-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；
[0014](2)将[EMIm]Cl与AlCl3按一定比例混合均匀，二者的摩尔比大于3:2，小于4:1;
[0015](3)准备隔膜:其材料为高分子多孔膜，厚度为10-50微米，材料为PP、PE、PP/PE/PP、PI中的一种；
[0016](4)准备负极片:其材料为高纯铝，其他杂质元素的质量含量总合小于0.1%，其厚度为0.2-2毫米；
[0017](5)将以上材料按照镍钛合金-石墨烯复合片、隔膜、高纯铝的顺序排列，其中镍钛合金-石墨烯为正极，高纯铝为负极，注入电解液并封装，便得到铝离子二次电池。
[0018]在本发明中，电解液采用了[EMIm]+与Al3+两种离子，对于单一铝离子而言，能够提高电池的循环寿命、放电电压等性能。采用镍钛合金上生长的石墨烯，能大大提高正极的比表面积，且石墨烯本身具备优异的导电能力，两者结合使电池的充放电速度、容量都能表现优异。采用铝离子作为导电粒子，排除了锂离子作为导电粒子的安全性问题。
[0019]有益效果:本发明的负极为纯铝的二次离子电池，具有较高的热稳定性，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3.5V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90Wh/Kg以上。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021](I)利用厚度为4毫米的NiTi合金为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在NiTi合金上生长一层石墨烯，沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，沉积温度为920°C，沉积4小时后降温，降温的速度为15°C/s，由此制备得到NiTi合金-石墨烯复合片，作为电池的正极，测量石墨烯的厚度为225微米；
[0022](2)配制电解液:将[EMIm]Cl与AlCl3按3:2的比例混合均匀；
[0023](3)准备PE隔膜，厚度为18微米；
[0024](4)准备负极片:其材料为高纯铝，厚度为0.4毫米；
[0025](5)将以上材料按照NiTi合金-石墨烯复合片、隔膜、高纯铝的顺序排列，其中NiTi合金-石墨烯为正极，高纯铝为负极，注入电解液并封装，得到铝离子二次电池；
[0026](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3.55V，循环8000次后，其容量损失8%，电池的能量密度达到93Wh/Kg。
[0027]实施例2
[0028](I)利用厚度为0.5毫米的NiTi合金为基底，采用化学气相沉积(CVD)法在NiTi合金上生长一层石墨烯，沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，沉积温度为1000°C，沉积I小时后降温，降温的速度为15°C/s，由此制备得到NiTi合金-石墨烯复合片，作为电池的正极，测量石墨稀的厚度为50微米；
[0029](2)配制电解液:将[EMIm]Cl与AlCl3按7:2的比例混合均匀；
[0030](3)准备PE隔膜，厚度为38微米；
[0031 ] (4)准备负极片:其材料为高纯铝，厚度为0.55毫米；