本發(fā)明涉及一種電池，更具體的說，它涉及一種鋁離子電池及其石墨電極材料制備方法。
背景技術(shù)：
目前市場上的鋁離子電池一方面是循環(huán)壽命差，另一方面是充放電速度太慢，不太實(shí)用；并且鋁離子電池在能量密度，功率密度等方面達(dá)不到現(xiàn)有鋰離子電池所能達(dá)到的效果，但是鋰離子電池由于化學(xué)特效過于復(fù)雜，且為重金屬物質(zhì)，容易對環(huán)境造成不可逆的破環(huán)和污染，且目前市場上的可充電電池不安全，容易發(fā)生爆炸，對用戶造成損傷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能量密度高，充放電速度快，安全易用、實(shí)用壽命長的鋁離子電池及其石墨電極材料制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種鋁離子電池，其包括絕緣軟包袋、高純度鋁箔、石墨泡沫層、離子液體電解質(zhì)、玻璃纖維層，所述高純度鋁箔為帶負(fù)電的陽極，所述石墨泡沫層為帶正電的陰極，所述玻璃纖維層位于高純度鋁箔與石墨泡沫層之間，所述高純度鋁箔、玻璃纖維層和石墨泡沫層依次組合后密封放置在絕緣軟包袋內(nèi)，所述離子液體電解質(zhì)密封充滿絕緣軟包袋內(nèi)的空間，且離子 液體電解質(zhì)充分接觸高純度鋁箔和石墨泡沫層。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述離子液體電解質(zhì)為Al3+離子電解液。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述鋁離子電池的充電反應(yīng)，陰極：Cn+AlCl4-→Cn[AlCl4]+e-，陽極：4Al2Cl7-+3e-→Al+7AlCl4-。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述鋁離子電池的放電反應(yīng)，陰極：Cn[AlCl4]+e-→Cn+AlCl4-，陽極：Al+7AlCl4-→4Al2Cl7-+3e-。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述絕緣軟包袋、高純度鋁箔、石墨泡沫層和玻璃纖維層均為柔性體。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)：鋁離子電池相對于傳統(tǒng)可充電電池，更安全，且不會(huì)發(fā)生著火、爆炸等危險(xiǎn)情況，鋁離子電池內(nèi)的材料均通過采用柔性體設(shè)置，使得鋁離子電池可彎曲、折疊，具有應(yīng)用于柔性電子設(shè)備的潛力，鋁離子電池采用鋁和石墨作為主要材料，降低了原材料的采購成本，使得進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的制造成本，通過在鋁和石墨之間設(shè)置玻璃纖維層，能夠避免鋁和石墨直接接觸，造成電池內(nèi)部短路、能量內(nèi)損的情況，采用石墨泡沫層，通過石墨泡沫層的多孔設(shè)置，能夠提高與電解液的接觸面積，使得放電時(shí)，金屬鋁發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨表面的小孔，到達(dá)陰極。在充電過程中，由于石墨電極表面積很大，大量的鋁離子可以迅速從陰極向陽極遷移，形成高功率密度和高能量密度，鋁離子在多孔電極表面的交換可以消除嵌插過程所需的時(shí)間，使得能夠提高快速充放電的過程。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述石墨電極材料為石墨泡沫層，所述石 墨泡沫層的制備方法包括以下步驟：
1)泡沫鎳作為石墨泡沫層的化學(xué)沉積生長支架模板，泡沫鎳材料在水平管式爐內(nèi)通過氬氣和氫氣加熱到900-1000℃；
2)對加熱后的泡沫鎳進(jìn)行退火處理，通過在水平管式爐內(nèi)沖入甲烷，使甲烷與氬氣和氫氣混合，以使泡沫鎳迅速冷卻致室溫；
3)對冷卻后的泡沫鎳進(jìn)行表面清潔處理，以消除泡沫鎳表面的氧化層薄膜；
4)在處理后的泡沫鎳表面覆蓋由石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉和4.5％濃度的乙酸乙酯混合后的物質(zhì)；
5)對覆蓋處理后的泡沫鎳進(jìn)行半小時(shí)100-120℃烘烤，得到凝固的泡沫結(jié)構(gòu)；
6)將凝固的泡沫結(jié)構(gòu)放入鹽酸溶液內(nèi)，直至完全溶解泡沫鎳，使得得到石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉混合的固態(tài)泡沫結(jié)構(gòu)；
7)通過將石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉混合的固態(tài)泡沫結(jié)構(gòu)放入熱丙酮溶液內(nèi)并加熱至45-60℃，使得移除超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉，得到石墨粉泡沫結(jié)構(gòu)；
8)將石墨粉泡沫結(jié)構(gòu)放入液態(tài)氨中進(jìn)行退火冷卻，以得到純凈的石墨泡沫；
9)對得到的石墨泡沫進(jìn)行2小時(shí)500-650℃高溫加熱，然后進(jìn)行2小時(shí)常溫退火處理，使得清除石墨泡沫內(nèi)殘留的液態(tài)氨；
10)最后將處理后的石墨泡沫進(jìn)行400-500℃加熱，然后對加熱后的石墨泡沫進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，以得到鋁離子電池需要的石墨泡沫層結(jié) 構(gòu)。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)：通過對泡沫鎳的高溫處理，能夠消除泡沫鎳上原本附著的氧化薄膜，避免后期對石墨進(jìn)行加工過程，使得石墨氧化，通過石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉和4.5％濃度的乙酸乙酯混合后的物質(zhì)涂抹于泡沫鎳上，使得進(jìn)入泡沫鎳內(nèi)的空間中，用于形成石墨泡沫，通過鹽酸對泡沫鎳的腐蝕溶解，使得去除泡沫鎳，避免石墨泡沫內(nèi)殘留泡沫鎳，然后通過熱丙酮溶液對超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉的溶解，使得得到純凈的石墨泡沫，通過液態(tài)氨進(jìn)行退火冷卻，能夠避免石墨泡沫冷卻過快，造成石墨泡沫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況，且采用液態(tài)氨能夠避免純凈的石墨泡沫受到二次化學(xué)反應(yīng)，且液態(tài)氨易揮發(fā)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明鋁離子電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、絕緣軟包袋；2、高純度鋁箔；3、石墨泡沫層；4、玻璃纖維層。
具體實(shí)施方式
參照圖1所示，本實(shí)施例的一種鋁離子電池，其包括絕緣軟包袋1、高純度鋁箔2、石墨泡沫層3、離子液體電解質(zhì)、玻璃纖維層4，所述高純度鋁箔2為帶負(fù)電的陽極，所述石墨泡沫層3為帶正電的陰極，所述玻璃纖維層位于高純度鋁箔2與石墨泡沫層3之間，所述高純度鋁箔、玻璃纖維層4和石墨泡沫層3依次組合后密封放置在絕緣軟包袋1內(nèi)，所述離子液體電解質(zhì)密封充滿絕緣軟包袋內(nèi)的空間，且離子液體 電解質(zhì)充分接觸高純度鋁箔2和石墨泡沫層3。
所述離子液體電解質(zhì)為Al3+離子電解液。
所述鋁離子電池的充電反應(yīng)，陰極：Cn+AlCl-→Cn[AlCl]+e-，陽極：Al2Cl7-+3e-→Al+7AlCl-。
所述鋁離子電池的放電反應(yīng)，陰極：Cn[AlCl]+e-→Cn+AlCl-，陽極：Al+7AlCl-→Al2Cl7-+3e-。
所述絕緣軟包袋1、高純度鋁箔2、石墨泡沫層3和玻璃纖維層4均為柔性體。
通過采用上述技術(shù)方案，鋁離子電池相對于傳統(tǒng)可充電電池，更安全，且不會(huì)發(fā)生著火、爆炸等危險(xiǎn)情況，鋁離子電池內(nèi)的材料均通過采用柔性體設(shè)置，使得鋁離子電池可彎曲、折疊，具有應(yīng)用于柔性電子設(shè)備的潛力，鋁離子電池采用鋁和石墨作為主要材料，降低了原材料的采購成本，使得進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的制造成本，通過在鋁和石墨之間設(shè)置玻璃纖維層4，能夠避免鋁和石墨直接接觸，造成電池內(nèi)部短路、能量內(nèi)損的情況，采用石墨泡沫層3，通過石墨泡沫層3的多孔設(shè)置，能夠提高與電解液的接觸面積，使得放電時(shí)，金屬鋁發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨表面的小孔，到達(dá)陰極。在充電過程中，由于石墨電極表面積很大，大量的鋁離子可以迅速從陰極向陽極遷移，形成高功率密度和高能量密度，鋁離子在多孔電極表面的交換可以消除嵌插過程所需的時(shí)間，使得能夠提高快速充放電的過程。
所述石墨電極材料為石墨泡沫層3，所述石墨泡沫層3的制備方法 包括以下步驟：
1)泡沫鎳作為石墨泡沫層3的化學(xué)沉積生長支架模板，泡沫鎳材料在水平管式爐內(nèi)通過氬氣和氫氣加熱到900-1000℃；
2)對加熱后的泡沫鎳進(jìn)行退火處理，通過在水平管式爐內(nèi)沖入甲烷，使甲烷與氬氣和氫氣混合，以使泡沫鎳迅速冷卻致室溫；
3)對冷卻后的泡沫鎳進(jìn)行表面清潔處理，以消除泡沫鎳表面的氧化層薄膜；
4)在處理后的泡沫鎳表面覆蓋由石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉和4.5％濃度的乙酸乙酯混合后的物質(zhì)；
5)對覆蓋處理后的泡沫鎳進(jìn)行半小時(shí)100-120℃烘烤，得到凝固的泡沫結(jié)構(gòu)；
6)將凝固的泡沫結(jié)構(gòu)放入鹽酸溶液內(nèi)，直至完全溶解泡沫鎳，使得得到石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉混合的固態(tài)泡沫結(jié)構(gòu)；
7)通過將石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉混合的固態(tài)泡沫結(jié)構(gòu)放入熱丙酮溶液內(nèi)并加熱至45-60℃，使得移除超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉，得到石墨粉泡沫結(jié)構(gòu)；
8)將石墨粉泡沫結(jié)構(gòu)放入液態(tài)氨中進(jìn)行退火冷卻，以得到純凈的石墨泡沫；
9)對得到的石墨泡沫進(jìn)行2小時(shí)400-640℃高溫加熱，然后進(jìn)行2小時(shí)常溫退火處理，使得清除石墨泡沫內(nèi)殘留的液態(tài)氨；
10)最后將處理后的石墨泡沫進(jìn)行400-500℃加熱，然后對加熱后的石墨泡沫進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，以得到鋁離子電池需要的石墨泡沫層3 結(jié)構(gòu)。
通過采用上述技術(shù)方案，通過對泡沫鎳的高溫處理，能夠消除泡沫鎳上原本附著的氧化薄膜，避免后期對石墨進(jìn)行加工過程，使得石墨氧化，通過石墨粉和超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉和4.5％濃度的乙酸乙酯混合后的物質(zhì)涂抹于泡沫鎳上，使得進(jìn)入泡沫鎳內(nèi)的空間中，用于形成石墨泡沫，通過鹽酸對泡沫鎳的腐蝕溶解，使得去除泡沫鎳，避免石墨泡沫內(nèi)殘留泡沫鎳，然后通過熱丙酮溶液對超細(xì)聚甲基丙烯酸甲酯粉的溶解，使得得到純凈的石墨泡沫，通過液態(tài)氨進(jìn)行退火冷卻，能夠避免石墨泡沫冷卻過快，造成石墨泡沫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。