一种基于铅笔涂膜正极的铝离子电池及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝离子电池领域，具体为一种基于铅笔涂膜正极的铝离子电池及其制备方法。


背景技术：

2.随着能源问题的加剧，二次电池在电动汽车方面的应用日渐增多。自发明第一个电池开始，电池便朝着便携高效的方向发展。直到1991年锂离子电池的出现，为各种便携电子设备带来了希望。但以锂离子电池为主的动力电池因其成本高、安全性差、充电速率慢等问题逐渐突显出来，这显然满足不了未来大规模储能的需求。
3.在众多的二次化学电池中，铝离子电池具有最高的体积比容量，其理论体积能量密度约为锂离子电池的四倍，以及具有仅次于锂离子电池的质量比容量，此外，金属铝具有价格低廉，资源丰富及使用安全等优点，使其成为未来储能系统的理想选择。然而，传统的正极材料制备，方法繁杂，且电极材料剥落问题严重，限制了铝离子电池的发展。针对此问题，需要开发一种制备简单，且同时具备高容量和高库伦效率的铝离子电池。


技术实现要素：

4.1、本发明的目的在于提供了一种铝离子电池电极的简便制备方法
5.2、所述铝离子电池电极的制备方法为：对集流体进行激光粗糙化和清洗处理，并进一步在集流体表面简单划涂铅笔屑，最后利用粘结剂涂覆法对铅笔屑划涂的钼片进行表面改性处理。
6.2、所述的激光对集流体进行的粗糙化处理方法为：将集流体裁剪成适当大小，放于30w的激光打标机下，进行粗糙化处理，激光打标间距为0.01mm～0.05mm，功率为50％～90％。
7.3、所述的集流体清洗处理方法为：将集流体浸入丙酮、乙醇、弱酸、去离子水中，各超声处理2～10min。
8.4、所述的铅笔屑来源于hb～12b铅笔，经过铅笔划涂后，铅笔石墨可留在集流体上。
9.5、所述的铝离子电池表面所用粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
10.6、所述的一种粘结剂涂覆方法为：将粘结剂涂覆于划涂过铅笔屑的集流体上，在60℃真空烘箱中干燥过夜。
11.7、所述的粘结剂涂覆量，如果以粘结剂、正极材料的总重量为基准，所述粘结剂的含量为总重量的0.05～40％。
12.8、所述的正极极片包括集流体和正极活性物质层以及粘结剂涂覆层，正极活性物质材料采用铅笔划涂方法得到。
13.9、所述负极极片包括集流体和负极活性物质层，负极活性物质材料可采用纯度不
小于90％的铝金属，或者铝金属与其他金属的合金。
14.10、所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜等常用隔膜材料。
15.11、所述电解液包括咪唑体系电解液、尿素体系电解液以及凝胶聚合物电解质。
16.本发明的目的在于提供了一种基于铅笔涂膜正极的铝离子电池及其制备方法，
17.通过利用激光将钼基底进行粗糙化处理，通过铅笔简单涂覆的方式在其表面成膜，并在薄膜表面滴加微量粘结剂提高稳定性。与传统制备铝离子电池石墨正极方法相比，本发明在保证高容量和高库伦效率的同时，简化了铝离子电池的加工工艺，在未来的实际应用中具有重要价值。
附图说明
18.图1：本发明实施例1中组装的铝离子电池长循环性能曲线。其中：x轴为循环圈数、y1轴为放电比容量(mah
·
g
‑
1)，y2轴为库伦效率(％)。
19.图2：本发明实施例2中组装的铝离子电池长循环性能曲线。其中：x轴为循环圈数、y1轴为放电比容量(mah
·
g
‑
1)，y2轴为库伦效率(％)。
具体实施方式
20.在具体实施过程中，铝离子电池电极的制备方法，激光粗糙化处理集流体并对其表面进行清洗处理，在集流体表面简单划涂铅笔屑，进一步利用粘结剂涂覆法对铅笔屑进行表面改性处理。使用处理后的正极直接组装铝离子电池，简化了铝离子电池的结构和加工工艺，在未来的实际应用中具有重要价值。
21.下面结合实施例及附图来更加详细描述本发明。
22.实施例1
23.本实施例中，裁剪10cm*10cm的钼片放于30w激光刻字机下，进行粗糙化处理，激光打标间距为0.01mm，功率为90％。将极片冲压裁剪成1cm2的钼片,在丙酮、乙醇、弱酸和去离子水中分别超声10min,后干燥备用。用铅笔在集流体表面划涂一层8b铅笔屑。配置0.02g/ml聚偏氟乙烯溶液：将n
‑
甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯两种物质在广口瓶中通过磁力搅拌混合，直到溶液中没有白色物质。需要注意的是：配制结束后，广口瓶要通过封口胶密封。将粘结剂涂覆于划涂过铅笔屑的集流体上，然后放入真空干燥箱中，干燥温度为60℃，时间为6h；趁热放入手套箱中组装铝离子电池。
24.在铝离子电池组装过程中，本实例中采用无水三氯化铝与1
‑
乙基
‑3‑
甲基氯化咪唑摩尔比1.3:1的离子液体作为电解质，高纯铝箔为负极，制备的材料为正极，组装铝离子电池。对上述制备得到的铝离子电池，能够稳定循环2000次，提供100mah/g以上的容量，库伦效率可达到95％(图1)。
25.实施例2
26.本实施例中，裁剪10cm*10cm的钼片放于30w激光刻字机下，进行粗糙化处理，激光打标间距为0.01mm，功率为90％。将极片冲压裁剪成面积为1cm2的钼片,在丙酮、乙醇、弱酸和去离子水中分别超声10min,后干燥备用。用铅笔在集流体表面划涂一层8b铅笔屑，然后放入真空干燥箱中，干燥温度为60℃，时间为6h；趁热放入手套箱中组装铝离子电池。
27.在铝离子电池组装过程中，本实例中采用无水三氯化铝与1
‑
乙基
‑3‑
甲基氯化咪
唑摩尔比1.3:1的离子液体作为电解质，高纯铝箔为负极，制备的材料为正极，组装铝离子电池。对上述制备得到的铝离子电池，能够稳定循环2000次，够提供36mah/g以上的容量，库伦效率可达到96％(图2)。
28.以上实例仅为本发明中较佳结果，并不用于限制本发明，凡是在本发明原则基础上做的同等替换或修饰所获得的技术方案，均在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于铅笔涂膜正极的铝离子电池及其制备方法，其特征在于，对集流体进行激光粗糙化和清洗处理，并进一步在集流体表面简单划涂铅笔屑，通过集流体激光处理增加铅笔石墨的担载量，并利用粘结剂涂覆法对铅笔屑划涂的钼片进行表面改性处理，制备得到正极极片。基于铅笔涂膜正极极片制备的铝离子电池的结构，包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，并最终组装成铝离子电池。2.按照权利要求1所述的激光对集流体进行的粗糙化处理方法，其特征在于，将集流体裁剪成适当大小，放于30w的激光打标机下，进行粗糙化处理，激光打标间距为0.01mm～0.05mm，功率为50％～90％。3.按照权利要求1所述的集流体清洗处理方法，其特征在于，将集流体放入丙酮、乙醇、弱酸、去离子水中，各超声处理2～10min。4.按照权利要求1所述的铅笔屑，其特征在于，铅笔屑来源于hb～12b铅笔，经过铅笔划涂后，铅笔屑可留在集流体上。5.按照权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。6.按照权利要求1所述的粘结剂涂覆法，其特征在于，将粘结剂涂覆于划涂过铅笔屑的集流体上，在60℃真空烘箱中干燥过夜。7.按照权利要求1所述的粘结剂涂覆量，其特征在于，其中，以粘结剂、正极材料的总重量为基准，所述粘结剂的含量为总重量的0.05～40％。8.按照权利要求1所述的基于铅笔涂膜正极的铝离子电池，其特征在于：所述正极极片包括集流体、正极活性物质层以及粘结剂涂覆层，其中，正极活性物质材料采用铅笔涂膜。9.按照权利要求1所述的基于铅笔涂膜正极的铝离子电池，其特征在于：所述负极极片包括集流体和负极活性物质层，负极活性物质材料可采用纯度不小于90％的铝金属，或者铝金属与其他金属的合金。10.按照权利要求1所述的基于铅笔涂膜正极的铝离子电池，其特征在于：所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜等常用隔膜材料。11.按照权利要求1所述的基于铅笔涂膜正极的铝离子电池，其特征在于：所述电解液包括咪唑体系电解液、尿素体系电解液以及凝胶聚合物电解质。

技术总结
本发明涉及铝离子电池领域，公开了一种铅笔涂膜制备电池正极用于铝离子电池的方法。利用激光将钼基底进行粗糙化处理，通过铅笔简单涂覆的方式在其表面成膜，并在薄膜表面滴加微量粘结剂提高稳定性，利用该正极组装铝离子电池，能够稳定循环2000圈，稳定后电池比容量可达100mAh


技术研发人员：吴亭亭 于江坤 刘艳茹 王磊
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2021.09.06
技术公布日：2021/12/3