铝离子电池负极及其活化的方法和应用以及铝离子电池技术

本发明专利技术涉及电池领域，公开了一种铝离子电池负极及其活化的方法和应用以及铝离子电池。具体地，本发明专利技术提供了一种铝离子电池负极活化的方法，该方法包括：(1)在惰性气氛下，将卤化铝和咪唑卤化物混合，得到活化液体；(2)在惰性气氛下，将铝片与活化液体进行接触，得到活化的铝离子电池负极；其中，所述卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比为1.1‑5.0：1。该方法利用含有氯化铝和咪唑卤化物的活化液体对铝片的腐蚀性，对铝片进行活化，活化后的铝片可以和非腐蚀性、宽电化学窗口的电解液配合，得到可稳定循环充放的铝离子电池；同时，该方法不产生污染性气体和液体，并且可以适用于铝离子电池负极的批量活化处理，具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
铝离子电池负极及其活化的方法和应用以及铝离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体地，涉及一种铝离子电池负极活化的方法，由该方法得到的铝离子电池负极及其应用，以及铝离子电池。
技术介绍
随着社会经济的高速发展，绿色能源开发的需求越来越高。基于新材料、新体系、新技术的二次电池的研究不断深入，构筑轻元素的多电子反应体系，可以制造具更高容量密度、能量密度和功率密度的二次电池。铝离子电池可提供3电子的电化学反应，从而具有超高的理论容量和能量密度，作为负极，金属铝的理论电化学容量密度可达2980mAh·g-1，仅次于金属锂负极(3870mAh·g-1)，而铝离子电池的理论体积能量密度甚至高于锂离子电池。根据目前已有报道的文献记录，铝离子电池的正极材料最高的功率密度可达3000W·kg-1，最高容量密度可达288mAh·g-1，同时铝元素还是地壳中含量最高的元素。质量轻、价格低廉、理论容量和能量密度高等优点使铝离子二次电池极具开发潜力，发展铝离子电池技术对有效利用可再生能源具有重要意义。合适的电解液对开发铝离子电池具有至关重要的作用。由于铝的标准电极电位为-1.68V，低于标准氢电极电位，裸露的铝片在酸性或碱性水溶液中会产生严重的析氢反应，在中性的水溶液或有机溶剂中，铝片表面通常会形成致密的氧化膜，形成氧化层的铝片会被钝化而无法进行电化学反应。铝片的性质导致有机溶剂和水溶液的电解液在铝离子电池中的应用受到了限制。目前，用三氟甲基磺酸1-丁基-3-甲基咪唑和三氟甲基磺酸铝(Al(OTF)3/[BMIM]OTF)配制得到的室温离子液体在电流作用下可以沉积和溶解铝，这种离子液体具有作为铝离子电解液的可能性。在这种Al(OTF)3/[BMIM]OTF离子液体中，负离子为Al(OTF)4-，氧化电位为3.0V，具有较宽的电化学窗口。但这种离子液体对铝片没有腐蚀性，无法去除铝片表面致密的氧化层。当使用Al(OTF)3/[BMIM]OTF作为电解液时，直接用未经活化处理的铝片作为负极，会导致铝离子电池无法进行电化学反应，没有充放电容量。这说明，铝片负极未经活化处理，无法和对铝片无腐蚀性的电解液兼容，因此，为了配合更高电化学窗口的电解液，急需寻找一种铝离子电池的负极材料活化的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种铝离子电池负极活化的方法，该方法利用含有氯化铝和咪唑卤化物的活化液体对铝片的腐蚀性，对铝片进行活化，活化后的铝片可以和非腐蚀性、宽电化学窗口的电解液配合，得到可稳定循环充放的铝离子电池；同时，该活化的过程不会产生污染性气体和液体，不会破坏惰性气氛，活化液可以反复多次使用，活化方法绿色环保；并且该活化方法可以适用于铝离子电池负极的批量活化处理，具有良好的工业应用前景。为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种铝离子电池负极活化的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，将卤化铝和咪唑卤化物混合，得到活化液体；(2)在惰性气氛下，将铝片与活化液体进行接触，得到活化的铝离子电池负极；其中，所述卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比为1.1-5.0：1，优选为1.1-2.0：1。第二方面，本专利技术提供了由第一方面所述的方法得到的铝离子电池负极。第三方面，本专利技术提供了第二方面所述的铝离子电池负极在铝离子电池中的应用。第四方面，本专利技术提供了一种铝离子电池，其特征在于，所述铝离子电池包括正极、负极和电解液，其中，所述负极为第二方面所述的铝离子电池负极。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术的实施例1中活化前后的铝片的SEM图；图2为本专利技术的实施例1中使用活化后的铝片装配成的铝离子电池的充放电曲线；图3为本专利技术的实施例2中活化后的铝片的SEM图；图4为本专利技术的实施例3中活化后的铝片的SEM图；图5为本专利技术的实施例4中活化后的铝片的SEM图；图6为本专利技术的实施例5中活化后的铝片的SEM图；图7为对比例1中处理后的铝片的SEM图；图8为对比例1中处理后的铝片的SEM图；图9为对比例1中处理后的铝片的SEM图；图10为对比例1中处理后的铝片的SEM图；图11为对比例1中处理后的铝片的SEM图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。一方面，本专利技术提供了一种铝离子电池负极活化的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，将卤化铝和咪唑卤化物混合，得到活化液体；(2)在惰性气氛下，将铝片与活化液体进行接触，得到活化的铝离子电池负极。在本专利技术中，专利技术人在研究中意外地发现不同摩尔比的卤化铝和咪唑卤化物对铝片的活化效果存在差异，卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比低于1.1：1的离子液体对铝片无腐蚀性，无活化效果；摩尔比高于1.1：1的离子液体对铝片存在腐蚀性，有活化效果，且卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比越高，离子液体对铝片的腐蚀性越强，活化效率越高，但过高的摩尔比对铝离子电池电化学性能并无进一步提升。因此，为了提高活化效率，在优选的情况下，所述卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比为1.1-5.0：1，更优选为1.1-2.0：1，最优选为1.2-1.5：1。在本专利技术中，在步骤(1)中，所述惰性气氛可以由惰性气体提供，其中，所述惰性气体可以为本领域的常规选择，例如，可以为氩气、氦气和氖气中的一种或多种，优选为氩气。根据本专利技术，在步骤(1)中，所述咪唑卤化物可以为咪唑氯化物、咪唑溴化物和咪唑碘化物中的至少一种；优选地，所述咪唑卤化物为通式1-R-3-甲基咪唑所示的化合物，其中，所述R为C1-C4的烷基；更优选地，所述咪唑卤化物为氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑和碘化1-乙基-3-甲基咪唑中的至少一种。在步骤(1)中，本专利技术对所述卤化铝没有特别的限定，可以为本领域常规的选择，例如，所述卤化铝可以为氯化铝和/或溴化铝，优选为氯化铝。根据本专利技术，在步骤(1)中，所述混合的过程还可以包括：在搅拌的条件下进行混合。在优选的情况下，所述搅拌的条件包括：搅拌时间为2-72h，优选为12-48h，更优选为24-36h；搅拌速度为10-300rpm，优选为50-250rpm，更优选为100-200rpm。在本专利技术中，在步骤(2)中，所述惰性气氛可以由惰性气体提供，其中，所述惰性气体可以为本领域的常规选择，例如，可以为氩气、氦气和氖气中的一种或多种，优选为氩气。根据本专利技术，在步骤(2)中，所述接触的条件可以包括：时间为12-72h，温度为10-120℃；优选地，时间为20-48h，温度为20-30℃。根据本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝离子电池负极活化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，将卤化铝和咪唑卤化物混合，得到活化液体；(2)在惰性气氛下，将铝片与活化液体进行接触，得到活化的铝离子电池负极；其中，所述卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比为1.1‑5.0:1，优选为1.1‑2.0：1。

【技术特征摘要】
1.一种铝离子电池负极活化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，将卤化铝和咪唑卤化物混合，得到活化液体；(2)在惰性气氛下，将铝片与活化液体进行接触，得到活化的铝离子电池负极；其中，所述卤化铝和咪唑卤化物的摩尔比为1.1-5.0:1，优选为1.1-2.0：1。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述咪唑卤化物为咪唑氯化物、咪唑溴化物和咪唑碘化物中的至少一种；优选地，所述咪唑卤化物为通式1-R-3-甲基咪唑所示的化合物，其中，所述R为C1-C4的烷基；更优选地，所述咪唑卤化物为氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑和碘化1-乙基-3-甲基咪唑中的至少一种；优选地，所述卤化铝为氯化铝和/或溴化铝，最优选为氯化铝。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述惰性气氛由氩气、氦气和氖气中的一种或多种提供，优选为由氩气提供；优选地，在步骤(1)中，所述混合的过程在搅拌的条件下进行；所述搅拌的条件包括：搅拌时间为2-72h，优选为12-48h，更优选为24-36...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴川，谷思辰，吴锋，白莹，王华丽，陈实，吴伯荣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11