[发明专利]基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝离子电池，尤其涉及一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，人们对能源需求日益加大，作为传统储能装置的锂离子电池，因其有限的资源和昂贵的成本受到了严重的阻碍。因此，开发成本低廉、环境友好且具有良好储能性能的新型电池体系尤为重要。基于嵌入脱嵌机制的铝离子电池，由于三价铝具有更高的能量密度，且资源丰富具有明显的成本优势，因此受到了广泛的关注。然而，关于铝离子电池的报道相对较少，而且循环性能差、容量低、库伦效率低等问题尚未解决，限制了其快速发展及商业化应用。因此，开发循环寿命长且性能良好的铝离子电池体系，具有十分重要的理论意义和商业价值。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于导电聚合物正极的铝离子电池及其制备方法，以提升铝离子电池性能，从而克服现有技术中的不足。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于导电聚合物正极的铝离子电池，其包括正极、负极和电解液，所述正极包括集流体及与集流体结合的电活性物质，所述电活性物质包括由导电聚合物形成的导电网状结构，所述负极包括高纯度金属铝或铝合金，所述电解液包括含铝路易斯酸性电解质。

优选的，所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述集流体包括不锈钢箔、泡沫镍、碳纸中的任意一种，但不限于此。

优选的，所述含铝路易斯酸性电解质主要由含铝离子的路易斯酸和一种以上含不同取代基咪唑类离子液体混合形成。

进一步的，所述咪唑氯化盐包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐、1-丙基-3-甲基咪唑氯化盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯化盐的任意一种或两种以上按任意比例混合而成的组合物，但不限于此。

优选的，所述含铝路易斯酸性电解质主要由摩尔比为1.1～1.8的含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合形成。

进一步的，当时所述铝离子电解质为液体时，所述铝离子电池还包括隔膜。

优选的，所述隔膜包括具有离子通透性的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜和玻璃纤维材料的任意一种，但不限于此。

优选的，所述电活性物质包括80～95wt％导电聚合物和5～20wt％粘结剂，所述粘结剂与所述导电聚合物均匀混合。

本发明实施例提供了一种制备所述铝离子电池的方法，其包括：

提供呈导电网状结构的聚合物，并与粘结剂均匀混合后涂覆在集流体上，作为正极；

提供负极，包括高纯度铝或铝合金；

提供主要由含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体均匀混合形成的含铝路易斯酸性电解质，作为电解液；

将所述正极、负极、隔膜和电解液组配形成铝离子电池。

优选的，所述的制备方法包括：在H₂O<1ppm，O₂<1ppm的环境中完成所述铝离子电池的封装。

优选的，所述的制备方法包括：在惰性气氛中将含铝离子的路易斯酸与咪唑类离子液体混合，并持续搅拌至形成澄清流体，即为所述电解液。

本发明提出了一种新型的铝离子电池结构，其正极活性物质采用具有良好导电网络结构的导电聚合物，有利于铝离子的嵌入和脱出，并且自身提供良好的导电性；同时，其负极采用铝或铝合金，铝作为地壳含量最丰富的金属元素，资源丰富且成本低廉，在所有的金属材料中，体积比容量最高，质量比容量仅次于锂，作为负极材料具有无可比拟的优势；又及，其电解液采用离子液体，具有较高的电导率、较宽的电位窗口以及良好的热稳定性和化学稳定性等特显；再及，其采用的隔膜具有良好的绝缘性、对电解质离子具有良好的透过性，耐腐蚀具有一定的化学和电化学稳定性，具有足够的力学性能。

总之，与现有技术相比，本发明的优点包括：提供的铝离子电池具有循环性能稳定、比 容量高、库伦效率高等特点，且电极材料来源广泛、成本低、制备方法简单，可广泛应用于多种领域，如便携式电子设备、电动汽车、通讯产业等。

附图说明

图1是本发明实施例1中铝离子电池的放电性能测试图；

图2是本发明实施例2中铝离子电池的放电性能测试图。

具体实施方式