[发明专利]固态铝离子电池

说明书

本发明涉及铝离子电池领域，公开了一种固态铝离子电池，该固态铝离子电池包括正极、负极和固态电解质，所述固态电解质为(Al_xZr_y)_20/19M(PO₄)₃或Al₂(WO₄)₃，其中，M为Nb、Ta、V、Mo和W中的任意一种，x和y为摩尔分数，并且0.01≤x≤0.99，0.01≤y≤1，在所述正极与所述固态电解质之间还设置有熔融盐电解质。该固态铝离子电池安全性好、成本低，且电解质是环境友好的，同时填补了铝离子电池领域中固态铝离子电池的空白。

技术领域

本发明涉及铝离子电池领域，具体涉及一种固态铝离子电池。

背景技术

作为下一代储能器件，固态电池近年来受到了广泛的关注。固态电池使用非燃的固体电解质，因而与使用液体电解质的电池相比安全性更好。此外，固态电池具有很多优点，包括较长的循环寿命，较高的能量密度，对封装和电池管理电路要求更少。

铝离子电池具有低成本、无毒和资源丰富等优点，因此，铝离子电池是非常有潜力的储能器件。由于铝离子涉及三电子氧化还原反应，因而具有高的质量比容量(例如，2980mAh/g)和单位体积最高的容量(例如，8046Ah/L)。最近，美国斯坦福大学的戴宏杰教授报道了一种可充电的铝离子电池，使用金属Al作为负极，三维石墨泡沫为正极，表现出优良的倍率特性和循环稳定性，可以循环7500次，但是，他们使用了昂贵的AlCl₃/[EMIm]Cl离子液体电解质，而大规模的电能储存要求电池系统不仅具有足够高的储存容量，也要求该系统是成本有效和环境友好的。

目前还没有关于固态铝离子电池的报道，固体电解质是固态电池的核心，因此，寻找固态铝离子导体电解质材料对于开发固态可充电铝离子电池非常迫切。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的含有液体电解质的铝离子电池成本高、不环保的问题，提供一种固态铝离子电池，该固态铝离子电池安全性好、成本低，且电解质是环境友好的。

本发明提供一种固态铝离子电池，其中，该固态铝离子电池包括正极、负极和固态电解质，所述固态电解质为(Al_xZr_y)_20/19M(PO₄)₃或Al₂(WO₄)₃，其中，M为Nb、Ta、V、Mo和W中的任意一种，x和y为摩尔分数，并且0.01≤x≤0.99，0.01≤y≤1，在所述正极与所述固态电解质之间还设置有熔融盐电解质。

本发明的固态铝离子电池安全、环保、成本低，填补了铝离子电池领域中固态铝离子电池的空白。

附图说明

图1是(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃粉末的XRD图谱；

图2是片状(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃断面的扫描电镜照片；

图3是(Al_0.2Zr_0.8)_20/19M(PO₄)₃的电导率随温度的变化曲线；

图4是固态铝离子电池装置图，其中，a为实验测试用swagelok型电池装置示意图，b为金属铝负极制备示意图；

图5是实施例1的固态铝离子电池在120℃和150℃下，2mA/g电流密度下的充放电曲线；