[发明专利]一种石墨烯铝离子二次电池制作技术

说明书

本发明提供了一种石墨烯铝离子电池二次电池制备技术，尤其是采用石墨烯微片材料，以及独特的石墨烯极板制作工艺和电池双极性串并联结构装配技术，属于电化学储能电池制备技术领域。电池包含正极、负极、离子电解液、隔膜，其中正极为碳材料(由石墨烯微片、粘接剂、水按照正极板制作工艺制成)，负极为高纯铝材料，离子电解液为有机盐‑氯化铝体系离子液体。本发明石墨烯铝离子电池充放电倍率高，循环寿命长，能量转换效率高，比能量高，安全不燃爆，成本低，具有广阔的市场应用。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯铝离子二次电池制作技术，尤其是采用石墨烯微片材料，以及独特的无集流体正负极板一次成型制作工艺和多电池单元串联装配技术。

储能是涉及甚广、影响甚深的基石产业。储能使电能生产和消耗的时间变换，并可在并网、离网或移动状态使用，这里孕育着重量级应用：电力存储和动力电池。目前电化学储能二次电池的主流技术和产品是锂离子电池、铅酸电池、液流电池(钒流、钠硫、锌溴等)、燃料电池(氢燃料、甲烷燃料、天然气燃料等)，为应对市场需求，产品性能需要继续提升、成本需要持续下降。

铝成本低，可燃性低，且具有高电荷存储能力，铝的理论容量为2000mAH/g，因此一直是用作电池颇具吸引力的材料。在过去几十年，研究人员致力于研发商业可行的铝离子电池。《Nature》发表的论文《快速充放电铝离子电池》用石墨作为负极材料，并用一种相当于盐溶液的离子液体作为电解液，解决了铝电池研究在材料上的瓶颈问题，铝离子电池包含一个由铝制成的带负电阳极和一个带正电石墨阴极，由于三维石墨优良的导电性能和巨大的比表面积，能够极大的缩短电池的充电时间，实现了高效耐用、超快充电、高安全性、可折叠、材料成本低、灵活和较长寿命。受限于正极碳材料，目前关于铝离子电池报道最高比容量是70mAh/g，电池比能量偏低。

发明内容

本发明解决的技术问题主要有以下几点：

1、采用石墨烯微片材料作为正极材料，利用石墨烯微片材料优异的导电性，巨大的比表面积、适宜的多孔结构大幅提升了电池的比容量；

2、采用独特的正极膏配方和正极膜片制作工艺，形成了正极板胶联网络结构，结合石墨烯微片的三维结构，有效的抑制了Al离子在正极材料插层过程中造成的体积膨胀问题，从而提升了电池的循环寿命；

3、采用无集流体正负极板一次成型制作工艺和多电池单元串联装配技术，有效的提升了电池的比容量，和电池倍率性能，降低了产品成本。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯铝离子二次电池制作技术，尤其是采用石墨烯微片材料，以及独特的无集流体正负极板一次成型制作工艺和多电池单元串联装配技术，电池包含正极、负极、离子电解液、隔膜，其中正极为碳材料(由石墨烯微片、粘接剂、水按照正极板制作工艺制成)，负极为高纯铝材料，离子电解液为有机盐- 氯化铝体系离子液体。电池制作包括以下步骤：

步骤一、正极膏制作：将石墨烯微片加入粘接剂(PVDF、NMP、PTFE、酚醛树脂中的一种或多种混合溶液)、去离子水，比例三种物料的质量比为1∶0.01--0.25∶0.01--0.5，将按照比例配置好的混合物料在20--45 度温度下进行搅拌混料1--3小时(采用双行星搅拌机或双螺杆捏合机或者其他搅拌机)，制备获得正极膏活性物质；

步骤二、正极极板膜片制作：将步骤一正极膏活性物质采用开练机反复开练2--10次，制成正极粗膜片，将正极粗膜片采用压延机压制成一定厚度0.1-10mm的精膜片，将精膜片在70-100度烘箱中烘干待用；

步骤三、负极极板预处理：将高纯铝(铝板、铝片、铝箔、泡沫铝片等)先后使用醋酸(无水乙醇、丙酮或其他弱酸、弱碱)、去离子水进行表面清洗；将清洗后的负极板的一个面涂覆一层0.1-100微米的导电硅胶；