本发明涉及一种基于部分表面涂覆碳材料和部分表面涂覆层状结构材料的金属箔片为正极的铝离子电池及其制备方法，尤其涉及部分表面涂覆碳材料和部分表面涂覆层状结构材料的金属箔片作为正极应用于铝离子电池体系。
背景技术：
二次电池也称为可充电电池，是一种可重复充放电、使用多次的电池。相比于不可重复使用的一次电池，二次电池具有使用成本低、对环境污染小的优点。目前主要的二次电池技术有镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池、锂离子电池。其中尤其以锂离子电池应用最为广泛。但是锂离子电池存在着锂资源储量有限、成本高、循环稳定性不佳的问题。作为潜在取代锂离子电池的储能技术，近几年铝离子电池逐渐受到行业的关注。该电池体系通常以铝箔作为负极集流体和活性物质，层状结构材料为正极活性物质，充电时，铝盐阴离子嵌入到正极活性材料中，铝离子在负极发生还原反应沉积在其表面；放电时，铝离子从负极通过氧化反应回到电解液中，而铝盐阴离子从正极活性材料中脱嵌出来。相对于以石墨为负极活性物质的传统锂离子电池，该电池体系使用单一铝箔为负极，省去了负极活性物质，降低了成本，且充放电过程中铝离子在负极表面发生沉积和去沉积化过程，不会对负极产生破坏，使该电池体系可以循环使用上万次。此外，该电池体系使用离子液体电解液使得电池的高低温性能比传统锂离子电池显著优异。然而，铝盐阴离子在正极材料嵌入/脱嵌动力学过程较慢，该铝离子电池功率特性有待进一步提高。在正极集流体部分表面上涂覆活性炭等碳材料在充放电过程中通过吸附/脱附铝盐阴离子有助于改善正极电化学反应的动力学过程，从而提高电池的功率特性，且循环性能有望得到提升。对于该电池体系，目前正极活性物质主要单纯使用层状结构材料如膨胀石墨、天然石墨等，而在正极集流体部分表面涂覆吸附/脱附作用的碳材料和另外一部分表面涂覆嵌入/脱嵌作用的层状结构材料，使两种材料同时作为正极活性物质的研究很少。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种铝离子电池及其制备方法。该电池以层状结构材料和碳材料同时作为正极材料，以金属箔片作为负极，以含有铝盐的有机溶剂作为电解液。旨在解决现有的锂离子电池锂资源有限、成本高、循环稳定性不理想的问题。
第一方面的，本发明提出了一种铝离子电池，包括：电池负极（1）、电解液（2）、隔膜（3）、电池正极（4）以及用于封装的电池壳体；电池负极（1）即金属箔片；电解液（2）为铝盐电解质和有机溶剂的混合溶液；电池正极（4）为涂覆正极活性材料的金属箔片，正极活性材料包括容许铝盐阴离子嵌入的层状结构材料和铝盐阴离子吸附的碳材料。
所述铝离子电池负极集流体/活性物质为金属导电材料，该导电材料为铝、铜、银、镍、钛、铂、锡、锌、金中的一种或前述的合金或前述的复合材料。
较佳地，所述铝离子电池集流体/活性物质优选为铝。
所述正极层状结构材料选自碳材料、氮化物、氧化物、硫化物、碳化物等具有层状晶体结构的材料的一种或多种。
较佳地，所述层状结构材料优选为石墨。
所述正极碳材料选自活性炭、石墨烯、炭黑、碳纳米管、泡沫碳、碳纤维等材料的一种或多种。
较佳地，所述碳材料优选为活性炭。
所述正极集流体包括铝、铜、铁、锡、锌、镍、钛、锰中的一种或其合金或其中任意一种金属的复合物或其中任意一种的合金。
较佳地，所述正极集流体为铝。
较佳地，所述电解质铝盐包括三氯化铝、氟化铝、硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝、偏磷酸铝、柠檬酸铝、碳酸铝、硼酸铝、偏硼酸铝、钼酸锂、钨酸铝、溴化铝、碘酸铝、碘化铝、硅酸铝、草酸铝、甲基磺酸铝、醋酸铝、高氯酸铝、三氟甲基磺酸铝中的一种或几种，且浓度范围为0.1-10mol/l。
较佳地，所述电解质盐为三氯化铝。
较佳地，所述电解液溶剂包括离子液体、酯类、醚类、腈类或砜类等有机溶剂的一种或几种。
较佳地，所述溶剂包括1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丙基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、n-丁基-n-甲基吡咯烷氯盐、n-丁基-n-甲基吡咯烷溴盐、n-丁基-n-甲基吡咯烷三氟甲烷磺酸盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷甲磺酸盐、1-甲基-1-丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐、n-丁基-n-甲基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、n,n-二甲基乙酰胺、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、丙酸乙酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧丙烷、三乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲醚、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯脂、亚硫酸二甲脂、亚硫酸二乙脂、冠醚（12-冠-4）中的一种或几种。
较佳地，所述溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐。
第二方面的，本发明还提供了一种铝离子电池的制备方法，该方法包括：
制备电池负极：将金属箔片裁切成所需的尺寸，然后将表面清洗、干燥，直接作为电池负极集流体及活性物质。
配制电解液：称取一定量铝盐电解质加入到相应溶剂中，充分混合成均匀液体。
制备隔膜：将隔膜裁切成所需尺寸，清洗干净。
制备电池正极：按一定比例称取碳材料和层状结构材料及其相应的导电剂和粘结剂，加入适当溶剂中充分混合成碳材料均匀浆料和层状结构材料均匀浆料；将金属箔片裁切成所需的尺寸，然后将表面清洗、干燥，沿金属箔片某一边沿平行的方向在其表面每隔一定距离涂覆碳材料浆料，然后干燥；在暴露金属箔片表面涂覆层状结构材料浆料，干燥后压实作为电池正极备用。
利用所述电池负极、电解液、隔膜以及电池正极进行组装。
附图说明：
图1是本发明实施例提供的铝离子电池内部结构示意图。包括电池负极（1）、电解液（2）、隔膜（3）、电池正极（4）。
图2是本发明实施例提供的正极表面结构示意图。包括涂覆的碳材料（5）、涂覆的层状结构材料（6）、正极耳（7）。
具体实施方式
实施例1
制备电池负极：取厚度为0.02mm的铝箔，将铝箔裁切成边长为105mm的方形，并在其一个角处裁切一个极耳，用乙醇清洗铝箔表面，晾干作为负极备用。
制备隔膜：将玻璃纤维裁切成边长为110mm的方形作为隔膜备用。
配制电解液：称取5.91g三氯化铝缓慢加入到5g1-乙基-3-甲基咪唑氯盐中，充分搅拌均匀后作为电解液备用。
制备电池正极：按照如图1所示的正极表面结构进行制备正极材料：将200g活性炭或200g膨胀石墨、1g炭黑、3g碳纳米管、2.4g聚偏氟乙烯加入到80g氮甲基吡咯烷酮溶液中，充分搅拌分别获得均匀活性炭浆料和石墨浆料；将铝箔裁切成边长为100mm的方形，并在其一个角处裁切一个极耳，沿铝箔一个边沿方向在铝箔表面每隔一定距离涂覆活性炭浆料并干燥，然后在铝箔暴露表面涂覆石墨浆料并干燥，压实后作为电池正极备用。
电池组装：将上述制备好的电池负极片、正极片焊接极耳，然后与隔膜一并经过入壳，烘烤、注液、封口等工序，完成软包电池组装，所得电池内部结构示意图如图2所示。
本发明涉及的铝离子电池形态不局限于软包电池，也可根据核心成分设计成扣式电池、圆柱电池、方形电池等形态。
本发明提出的正极碳材料和层状结构材料沿金属箔片边沿方向交替分布，也可根据实际需要设计成与边沿方向成一定角度交替分布等分布方式。
本发明提出的铝离子电池负极同时作为集流体和活性物质，降低了电池成本，在负极表面发生铝离子电化学沉积和去沉积化过程，不会对负极造成明显的损坏，显著延长了电池使用寿命。同时，由于该电池体系可使用离子液体作为电解液，显著改善了电池高低温性能。此外，该电池体系中正极碳材料和层状结构材料同时作为活性物质，相比于单纯以层状结构材料为正极的铝离子电池，具有较优异的功率特性和电化学循环性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。