本發(fā)明涉及高性能電池領域，尤其涉及一種鋁離子電池。

背景技術：

鋁離子電池因其鋁金屬負極具有超高的比容量、低成本以及安全性的優(yōu)點而成為非常有希望的下一代能量儲存方式。電池中電解液在電池循環(huán)壽命和安全性上發(fā)揮著重要作用。目前以石墨烯泡沫作為正極，咪唑類離子液體作為電解液的鋁離子電池中化學窗口在0.7-2.45v，比容量70mahg^-1，庫倫效率在97–98％，循環(huán)壽命7000圈左右，而鋁金屬的三電子氧化還原理論比容量為2980mahg^-1，理想中電池的庫倫效率可達到99.98％。更重要的是，由于咪唑類離子液體的價格昂貴因而限制了其工業(yè)化的發(fā)展。因此尋找一種可以提高電化學窗口和循環(huán)性能的離子液體一直是鋁離子電池研究的主要方向。

種類繁多的離子液體基本上都是由含氮有機雜環(huán)正離子和無機負離子構成，陰陽離子的變化會導致離子液體物性參數(shù)極大的改變。離子液體的粘度和電導率是影響其電化學性能的主要參數(shù)。離子液體的粘度越大，離子遷移率低，從而導致電化學性能降低。因而在選用離子液體時要考慮到其粘度以及電導率的高低。

三乙胺鹽酸鹽是一種常見的工業(yè)廢料，容易獲得，成本低，合理地將工業(yè)廢料利用，十分環(huán)保，具有非常好的工業(yè)化前景。目前所用的咪唑類離子液體較難獲得，購買成本高，盡管具有提升電池性能的空間但鮮有報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鋁離子電池。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種鋁離子電池，所述電池的電解液為三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁按照配摩爾比比1:1.4～1.6組成的離子液體；所述電池的正電極為石墨烯泡沫正極材料。

進一步地，三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁按照摩爾比1：1.5配比。

進一步地，所述三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁的混合在手套箱中進行，水值<0.1ppm，氧值<0.1ppm，三乙胺鹽酸鹽純度>98.5wt％,氯化鋁純度>98wt％。

進一步地，所述石墨烯泡沫正極材料通過以下步驟制備得到：

(1)將氧化石墨烯溶液滴到模具上進行冷凍干燥，得到氧化石墨烯泡沫；

(2)化學還原得到石墨烯泡沫；

(3)高溫熱處理將石墨烯泡沫進行熱還原,得到超高導電石墨烯泡沫，也即得到超高導電石墨烯泡沫正極材料。

進一步地，所述步驟(1)的冷凍干燥溫度為-40至0℃，冷凍干燥真空壓力為0.1-1kpa。

進一步地，所述步驟(2)的還原劑為水合肼蒸汽、體積百分含量5％-50％的碘化氫水溶液，或體積百分含量5％-50％抗壞血酸鈉溶液，還原溫度90℃，時間24小時。

進一步地，所述步驟(3)高溫熱處理為1000-3000℃氮氣或氬氣氛圍下，時間為10-1000分鐘。

進一步地，電池包裝選自扣式電池殼，軟包電池殼或不銹鋼電池殼；電池負極為鋁金屬或鋁合金；隔膜選自玻碳纖維、聚丙烯隔膜或聚乙烯隔膜。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過將三乙胺鹽酸鹽與氯化鋁混合得到的離子液體與石墨烯泡沫電極材料配合，使得離子電池表現(xiàn)出兩萬五千圈的循環(huán)壽命，2.54v的截止電壓，108±3mahg^-1的比容量，且?guī)靷愋矢哂?9％，相比于現(xiàn)有技術水平具有重大突破，且離子液體熱穩(wěn)定性高，可大量生產，成本低廉，在未來電動汽車及能量存儲方面有極高的實踐應用價值。

附圖說明

圖1是實施例1-3制備的四種配比的離子液體使用在鋁離子電池中，在50c恒流充放電條件下的200-1000圈循環(huán)性能曲線對比圖；

圖2是實施例2的離子液體的tga圖；

圖3是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50c恒流充放電條件下的循環(huán)性能曲線；

圖4是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50c恒流充放電條件下的倍率性能曲線；

圖5是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在1mvs^-1的掃描速度下的伏安線掃圖；

圖6是實施例2的離子液體在鋁離子電池中，在50c恒流充放電條件下調節(jié)截止電壓的循環(huán)性能曲線。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述，本實施例只用于對本發(fā)明做進一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發(fā)明的內容做出一些非本質的改變和調整，均屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：

(1)將三乙胺鹽酸鹽和氯化鋁按照配摩爾比1:1.5混合，攪拌12小時，得到離子液體，作為鋁離子電池的電解液；熱失重分析結果如圖2所示，溫度高于220℃分解明顯，熱穩(wěn)定性較高。

(2)將4mgml^-1氧化石墨烯溶液滴到模具上在-10℃及0.1kpa的氣壓下進行冷凍干燥，得到氧化石墨烯氣泡沫；

(3)在水合肼蒸汽下90℃化學還原24小時得到石墨烯泡沫；

(4)在氬氣氛圍下使用石墨化爐在3000℃下加熱，將石墨烯氣泡沫進行還原得到無缺陷的超高導電石墨烯泡沫；

(5)稱取石墨烯泡沫的重量0.8mg，真空130℃烘干24小時，作為鋁離子電池的正極；

(6)以步驟1配制的不同配比的離子液體為電解液，以鋁箔為負極，封裝得到鋁離子電池。

將鋁離子電池在50c恒電流沖放電的條件下200-1000圈的數(shù)據進行對比，如圖1所示，可以看出，配比在1.5時庫倫效率穩(wěn)定在高于99％，且比容量高達108mahg^-1。圖3是鋁離子電池在50c恒流充放電條件下的循環(huán)性能曲線，循環(huán)壽命高達兩萬五千圈，比容量在108±3mahg^-1，且?guī)靷愋矢哂?9％。圖4是鋁離子電池的倍率性能圖，可以看出在不同電流密度下比容量變化不大。將離子液體組裝的鋁電池做伏安線掃圖(圖5)，在1mvs^-1的掃描速度下，不同的截止電壓看出其氧化峰與還原峰的對應，并確定其截止電壓上限值為2.54v,電化學窗口寬。通過圖6改變不同的截止電壓做循環(huán)性能曲線，可以看出在2.54v時庫倫效率穩(wěn)定在大于99％的情況下比容量值最高。

實施例2：

按照表1所示的摩爾配比將三乙胺鹽酸鹽溶于氯化鋁中，攪拌12小時，得到離子液體，作為鋁離子電池的電解液；由實驗結果顯示配比大于等于1.4時離子液體呈現(xiàn)淡黃色透明液體，可作為電解液使用；當小于1.4時離子液體呈現(xiàn)凝膠狀，粘度過大，因而不可作為電解液使用。

然后以不同配比的離子液體為電解液，以石墨烯泡沫為正極，以鋁箔為負極，分別封裝得到鋁離子電池。

表1

注：比容量在電流密度為5ag^-1下測得。

由表1可知，在1.4～1.6配比的時候比容量較高、循環(huán)壽命較長、庫倫效率穩(wěn)定且可高于99％；在配比為1.5時，比容量最高(108±3mahg^-1)，壽命最長(大于25000圈)。