[发明专利]以有序介孔碳作为正极材料的可充电铝电池及其制备方法

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种以有序介孔碳作为正极材料的可充电铝电池及其制备方法，该电池以有序介孔碳作为正极材料，负极为Al片，离子溶液电解液为AlCl₃和1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯化物混合，或者是AlCl₃和1,3‑二正丁基咪唑溴化物混合，隔膜为玻璃纤维滤纸，最后用铝塑膜封装，制成软包电池。本发明以有序介孔碳（CMK‑3）首次作为可充电铝电池的正极材料，在经过8000多个可逆循环后仍然具有非常优秀的电化学性能，库伦效率保持在97%以上，表现出稳定的长循环寿命；组装的可充电铝电池成本低。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种以有序介孔碳作为正极材料的可充电铝电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的高速发展和生活品质的提升，能源匮乏问题越来越严重，同时对新能源的需求日益显现。可持续和环保的储能和转化系统开始逐渐取代化石能源，成为能源领域的发展方向。

为满足众多的电子消费品及电动装置对高容量电池的需求，可充电电池的研究具有非常重要的意义。其中，锂离子电池具有循环时间长，高倍率性能的优点，但锂资源稀缺且以金属锂制备的二次电池安全性低。与传统的锂离子二次电池相比，可充电铝电池是以碳基材料等作为正极，高纯铝箔作为负极材料，离子溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜实现将化学能转化成电能的新型可充电电池。由于在电化学充放电反应中铝氧化还原电对涉及到三个电子传递过程，与单个电子转移的锂离子电池相比，铝电池具有更高的存储容量。铝在自然界储量丰富、价格低廉、绿色无毒且具有相当高的理论容量（2978 mAh·g⁻¹）。制备的可充电铝电池具有较高的放电电压，不含锂离子以及其他容易燃烧的金属，安全性高，成本低。因而，可充电铝电池备受研究人员的青睐，也逐渐成为新一代清洁储能装置的研究重点与热点。

然而，可充电铝电池研究面临诸多挑战：（a）充放电可逆性差，相应的会导致库伦效率低；（b）在循环过程中会出现容量急剧衰减的现象，循环稳定性差，严重影响电池的寿命；（c）由于在充放电过程中产生的大尺寸离子（AlCl₄^-）的嵌入/嵌出，会导致正极电极材料出现体积膨胀甚至导致电极结构的粉化和坍塌，加速容量的衰减。

目前，为了改善可充电铝电池的电化学性能，研究人员做了大量工作。Journal ofPower Sources（2016, 3: 9）报道了硫化物作为可充电铝电池的正极材料。虽然其具有高的容量，但由于硫化物导电性差，体积膨胀且易溶于电解液中导致容量急剧衰减，电池电压低。Advanced Materials（2017, 29: 1）报道了一种无缺陷的石墨烯作为可充电铝电池的正极材料，制得的铝电池表现出优异的电化学性能，但因此种无缺陷的石墨烯的制备需要在3000^oC高温条件下退火操作来实现，实验条件苛刻，远超出实际产业化的能力，导致将其产业化的可行性低。

发明内容

为了改善可充电铝电池循环寿命差、所用正极材料产业化困难等问题，本发明目的提供一种制备工艺成熟的有序介孔碳作为正极材料的可充电铝电池，该电池具有优异的电化学性能，超长的循环寿命，高的能量密度，而且大大降低了铝电池的制作成本，提高了产业化生产的可行性。

本发明还提供了一种可充电铝电池的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明提供了一种可充电铝电池，该电池以有序介孔碳作为正极材料。

进一步的，本发明提供的可充电铝电池以玻璃纤维滤纸作为隔膜，高纯铝箔作为负极。

本发明还提供了一种可充电铝电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）将有序介孔碳、导电剂与粘结剂按混合，加入溶剂, 搅拌混合制成浆料，采用刮涂法将浆料均匀的涂布在集流体上，在30-90 ^oC下干燥，得到正极材料；