[发明专利]基于硼化钴/石墨烯复合材料为正极的宽温度铝离子电池

说明书

本发明涉及基于硼化钴/石墨烯复合材料为正极的宽温度铝离子电池，属于电池领域。将纳米硼化钴与石墨烯复合，并作为铝离子电池的正极材料，使得该电池具备两种储能机理，即氧化还原机理和嵌入脱出机理，且纳米硼化钴的特殊结构(晶区与非晶共存)使得该电池具有较好的温度特性。结合上述所提到的复合材料制备方法以及电池测试，本发明可总结出如下特点：得到了一种可应用于铝离子电池体系的新型的复合材料；电池温度性能测试得到优异的结果，即在高温测试中，随着温度的升高，电池容量呈上升趋势，在低温性能测试中，20℃且500mA/g电流密度下放电比容量可达～75mAh/g，到‑30℃且500mA/g电流密度下放电比容量仍可达～45mAh/g，容量保持率高达60％，具有优异的低温性能。

技术领域

本发明涉及一种铝离子电池，特别是涉及一种基于硼化钴/石墨烯复合材料为正极的宽温度(-30℃～60℃)铝离子电池，属于电池领域。

背景技术

随着清洁能源存储需求的不断增加，二次电化学能源存储材料和装置被广泛地探求。然而，传统的锂离子电池目前面临着严峻的挑战，包括资源短缺及由此导致的成本提高，由于锂金属负极和可燃性有机电解液带来的安全性考验，以及有限的工作温度范围。这些都促使人们开发研究更为廉价、安全以及可在宽温度范围工作的新的能量存储系统。

目前新兴的铝离子电池依靠其优势得到了广泛的关注，其主要优势包括铝元素地表储存丰富，解决资源匮乏问题，使用非易燃且电化学稳定的离子液体电解液，解决安全性问题，铝金属负极具有很高的理论比容量(2978mAh g^-1and8034mAh L^-1)，而且关于宽温度性能的研究也取得初步结果，因此研究开发新材料对提高铝离子电池宽温度范围应用是十分重要的。少数研究学者对铝离子电池的温度性能进行了初步测试(文献：H.Chen,H.Xu,S.Wang,T.Huang,J.Xi,S.Cai,F.Guo,Z.Xu,W.Gao,C.Gao,Sci.Adv.2017,3,eaao7233.文献：C.J.Pan,C.Yuana,G.Zhua,Q.Zhang,C.J.Huang,M.C.Lin,M.Angell,B.J.Hwang,P.Kaghazchic,H.Dai,P.Natl.Acad.Sci.USA.2018,115,5670.)，采用石墨电极进行试验，但是这些研究都是通过不断调节电化学窗口，使电池在不同温度下性能达到稳定状态，缺乏实际操作的可行性，因此开发新型的材料体系对铝离子电池进行关于宽温度范围调控尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硼化钴/石墨烯复合材料为正极的宽温度铝离子电池。该铝离子电池使用纳米硼化钴/石墨烯复合材料作为正极，金属铝或铝合金作为负极，构成了一种可充放电的铝离子电池，并且能够在不改变电化学窗口的条件下，实现优异的高低温性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于硼化钴/石墨烯复合材料为正极的宽温度铝离子电池，包括电池正极、电池负极、电池隔膜、电解液以及金属集流体；所述电池正极为纳米硼化钴(CoB)与少层石墨烯(FLG)的复合材料；

所述纳米硼化钴颗粒与石墨烯复合材料制备方法为：将石墨烯超声粉碎，然后与纳米硼化钴颗粒机械混合均匀，抽滤烘干，得到所述复合材料。

对所述纳米硼化钴颗粒进行超声粉碎；

所述纳米硼化钴颗粒(CoB)制备方法为：在惰性气体保护的情况下，将LiCl和KCl按质量比为1.125：1.375混合、研磨，混合均匀后加入CoCl₂和NaBH₄，继续研磨至细，得到混合粉末；所述CoCl₂和NaBH₄的摩尔比为1:4；在隔绝空气的情况下，将混合粉末放入管式气氛保护炉中；在惰性气体保护的情况下，对混合粉末进行烧结，结束后取样洗涤，烘干得到纳米硼化钴颗粒。