一种基于尿素体系的储能电池制备方法及其设备、产品与流程

本发明涉及储能电池制备，特别是一种基于尿素体系的储能电池制备方法及其设备、产品。

背景技术：

1、随着化石能源的不断减少及其使用带来的巨大的环境压力、温室效应等，开发并利用清洁可再生能源成为了当前研究的热点。其中潮汐能发电、水力发电、风力发电、太阳能发电等的重要性日益凸显，但这些可再生能源普遍存在间歇性，即其产生的电能无法持续稳定，常常随着时间或天气等的变化而变动。因此如何有效的储存并利用这些不稳定的电能成为了当前可再生能源利用的主要技术瓶颈。

2、同时，长期以来二次电池在电能的储存与利用环节表现出的可行性为可再生清洁能源的高效利用开辟了道路。以往，研究人员将主要的研究精力投入在例如铅酸电池，镍镉电池，钠硫电池，钒流电池以及锂离子电池等领域，然而要找到经济廉价同时性能稳定的二次电池却十分困难。

3、基于以上多种二次电池的研究基础，世界各国的科研人员开始着手研发新型的可充电电池，其中铝离子电池因为地壳中丰富的铝元素及开采的低成本使得其慢慢走入了人们的视线。

4、相对于传统的锂离子，铝离子可以转移三个电子，因此其比容量有很大的开发潜力。此外铝离子半径也小于锂离子半径，有利于离子在电极材料上的脱嵌，从而在理论上有利于保持电极材料的结构，提高电池循环稳定性，延长电池使用寿命。

5、2013年，北京科技大学焦树强等报道了一种以氧化钒为正极材料，金属铝为负极的铝离子二次电池，该电池的成功研制开启了国内外关于铝离子二次电池的新的篇章(wangw,jiangb,xiongw,et al.a new cathode material for super-valentbatterybased on aluminium ion intercalation and deintercalation[j].scientificreports,2013,3)。其后，他们又与美国斯坦福大学几乎同时成功开发了放电平台更高，循环稳定性、放电比容量更优异的铝离子二次电池(文献：sun h,wangw,yu z,et al.a newaluminium-ion batterywith highvoltage,high safety and low cost[j].chemicalcommunications,2015,51(59):11892-11895)。目前，关于铝离子二次电池的研究逐日增加，国内外大量的研究报道也不断地证实铝离子二次电池用于现代化电子行业，汽车领域或大规模能量储存方面的可行性。

6、然而，目前储能电池制造时对制作材料的要求较高，这就造成了制造成本的增加，并且储能电池需要保持相对的稳定性，合适的电解质可以有效的提升储能电池的性能，而电解质的品质对电池储能影响较大，在制备电解质时，需要将多种材料进行混合制备，混合程度和电解质性能也息息相关，为此，提出一种基于尿素体系的储能电池制备方法及其设备、产品。

技术实现思路

1、鉴于上述或现有技术中存在储能电池成本较高的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明的目的是提供一种基于尿素体系的储能电池制备方法。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于尿素体系的储能电池制备方法，包括以下制备步骤：将作为铝离子电池正极材料的碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料制成粉末状，且粉末颗粒直径在10nm-10μm；将制备后的粉末状碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料与导电剂、粘结剂均匀混合后涂在集流体上，作为正极；将厚度0.1-1mm的高纯铝片或铝合金清洗后作为负极；采用电解质混合设备将卤化铝与尿素均匀混合，并选择性加入添加剂作为电解质；以碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料作为正极、高纯铝片或铝合金作为负极、混合均匀的离子液体作为电解质，在充满氩气的手套箱中组装电池。

4、作为本发明基于尿素体系的储能电池制备方法的一种优选方案，其中：所述导电剂为碳纳米管、乙炔黑、超级碳、石墨、碳粉、铂浆或银浆中的一种；所述粘结剂为聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏二氟乙烯(pvdf)、铂浆、银浆中的一种；所述碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料用量为30-90wt％、导电剂为1-40wt％、粘结剂为1-30wt％。

5、作为本发明基于尿素体系的储能电池制备方法的一种优选方案，其中：所述高纯铝片或铝合金制备时先裁剪成片状，然后用砂纸打磨，除去其表面的氧化膜，再利用无水乙醇或丙酮浸泡进行超声清洗，最后在60℃烘箱里进行干燥。

6、本发明的基于尿素体系的储能电池制备方法的有益效果：本发明属一种新的铝离子二次电池，并提出了一种新的基于尿素体系的电解质，由于电池所采用的电极材料简单易得，生产成本低廉使得整个电池成本大大降低；同时相对于传统的锂离子电池，铝离子电池更加的安全可靠，并具备开发出较高容量的潜力；本电池所采用的基于尿素体系的电解质在持续的充放电测试中表现出稳定高效的循环性能；同时尿素电解质体系化学性质稳定，作为二次铝离子电池电解质具备优异的电化学性能以及廉价易得的特性。

7、鉴于在实际使用过程中，还存在电解质制备时混合程度影响电解质的性能问题。

8、为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种电解质混合设备，用于制备电解质，包括，容置机构，其包括容置罐，以及固定设于所述容置罐顶端的环台；混料机构，其包括嵌入设于所述环台内的端盖，以及固定设于所述端盖顶端的驱动件，所述驱动件的输出轴通过联轴器固定连接有转动件，还包括固定设于所述转动件端部的搅拌件；泵气机构，其包括滑移设于所述转动件外壁的推移件，以及两个由上至下设置的单向流通件，上方的所述单向流通件固定设于所述推移件的底端且滑动设于所述搅拌件内，下方的所述单向流通件固定设于所述搅拌件内，上方的所述单向流通件的底端固定设有活塞件，还包括设于两个所述单向流通件之间的一号弹簧；限位机构，其包括固定设于所述端盖底端的固定板，以及设于所述固定板内的插销件，还包括设于所述固定板内的解锁件，所述解锁件和所述插销件之间连接有卡接件。

9、作为本发明电解质混合设备的一种优选方案，其中：所述转动件包括固定设于所述驱动件输出轴上的连接头，以及固定设于所述连接头底端的贯穿轴，还包括固定设于所述贯穿轴外壁的限位条，所述限位条的外壁固定安装有限制环；所述搅拌件包括固定设于所述贯穿轴端部的容置套，以及固定设于所述容置套外壁的气管，所述气管的端部固定安装有曲杆，还包括开设于所述气管表面的喷气孔；所述气管设置有四个，且四个所述气管呈螺旋状排列设于所述容置套的外壁，四个所述气管的长度各不相同；所述推移件包括滑移设于所述限位条外壁的滑套，以及设于所述滑套外壁的螺旋槽，所述螺旋槽内设有上推面和下推面，所述滑套的外壁固定安装有抵触环，还包括固定设于所述抵触环顶部和底部的边缘条；所述滑套的内壁设有与限位条相匹配的竖槽，所述滑套的内壁直径大于贯穿轴的外壁直径。

10、作为本发明电解质混合设备的一种优选方案，其中：所述插销件包括固定设于所述固定板内的三号弹簧，以及固定设于所述三号弹簧端部且滑动设于固定板内部的滑柱，还包括设于所述滑柱端部的插销头，所述滑柱的外壁开设有环槽；所述解锁件包括固定设于所述固定板内的四号弹簧，以及固定设于所述四号弹簧端部且滑动设于所述固定板内部的推动块，还包括设于所述推动块内的斜槽；所述卡接件包括滑移设于所述固定板内的插杆，以及固定设于所述插杆端部的滑杆，所述滑杆的外壁和斜槽的内壁滑动连接。

11、作为本发明电解质混合设备的一种优选方案，其中：所述单向流通件包括滑罐，以及开设于所述滑罐顶端的上通孔，还包括开设于所述滑罐底端的下通孔，所述滑罐内固定设有二号弹簧，所述二号弹簧的端部固定安装有顶球，所述顶球滑动设于所述贯穿轴的外壁；所述活塞件包括固定设于所述滑罐底端的密封环，以及设于所述密封环内的密封圈；所述密封环的外壁和容置套的内壁滑动连接。

12、本发明的电解质混合设备的有益效果：驱动件控制转动件持续转动时，通过搅拌件对容置罐内的电解质原料进行搅拌混合，搅拌的同时，泵气机构配合限位机构产生气体通向搅拌件附近，气体可以辅助内部电解质原料的流动，将电解质原料进行打乱，配合上搅拌件的搅拌，将气流进行打散，改变气流运动方向，气流呈上升的趋势运动，流体运动辅助电解质原料的混合，可以实现高效的混合，并且具有较好的混合效果，提升电解质的品质，进而可以提升储能电池的性能。

13、为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种基于尿素体系的可充电储能电池，使用所述的基于尿素体系的储能电池制备方法所制，包括正极、负极、铝离子电解质和电池壳体；所述正极活性物质为碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料；所述负极为高纯铝片或铝合金；所述电解质为卤化铝与尿素按比例混合并选择性加入部分添加剂而成的铝离子电解质。

14、作为本发明基于尿素体系的可充电储能电池的一种优选方案，其中：所述铝离子电池正极活性物质碳质材料、过渡金属氧化物或硫化物材料为纳米级或微米级，纯度大于等于99％的粉末状原料，其中，碳质材料可以为厚度在0.01-1mm的片状；所述铝离子电解质中卤化铝与尿素的摩尔比为1-2；选择性加入的添加剂有苯甲酸、licl、nacl、kcl、rbcl、cscl、mgcl2、cacl2或bacl2，添加量为0-30wt％；所述离子电池的正极集流体为钼片、泡沫镍、碳纸、钽片或铂族金属片中的一种。

15、作为本发明基于尿素体系的可充电储能电池的一种优选方案，其中：所述铝离子电解质为液体时，电池中应包含隔膜材料；所述隔膜材料应具有离子通过性的玻璃纤维材料、聚丙烯微孔隔膜材料、聚乙烯微孔隔膜材料中的一种。

16、本发明的基于尿素体系的可充电储能电池的有益效果：本发明属一种新的铝离子二次电池，并提出了一种新的基于尿素体系的电解质，通过对电池的电极材料、电解质、隔膜等进行了精心的挑选，采用的电极材料简单易得，生产成本低廉使得整个电池成本大大降低；同时相对于传统的锂离子电池，铝离子电池更加的安全可靠，并具备开发出较高容量的潜力；本电池所采用的基于尿素体系的电解质在持续的充放电测试中表现出稳定高效的循环性能；同时尿素电解质体系化学性质稳定，作为二次铝离子电池电解质具备优异的电化学性能以及廉价易得的特性。