本发明涉及铝电池，具体而言，涉及一种电解质、铝电池及5其应用。
背景技术：
1、近年来，基于铝阳极的可充电铝电池因具有理论容量高、成本低、安全性高、地壳中铝元素含量丰富等优点，被认为是最具有应用前景的电池之一。
2、0现有技术中所公开的铝电池往往基于常温的离子液体电解质，虽然其
3、可以在常温运行，但由于al3+极化能力强，其离子扩散能垒和脱溶剂化断键势垒较高，从而导致电池反应动力学缓慢、充放电电压极化大、充放电倍率性能差、循环寿命短等缺点。从电池的可逆性、比容量、电压极化等
4、性能来看，离子液体电解质难以实现高性能铝电池。另一方面，离子液体5制备过程较复杂，且难以实现提纯，实际使用面临纯度和成本问题。无机熔融盐电解质成本低、阻燃性好、扩散动力学快，可实现高性能的可充电铝电池。然而，目前的无机铝熔融盐电解质熔点仍旧过高，通常大于100℃，进而导致较高的电池工作温度，会导致熔融盐电池在启动等过程中具有更高的能耗。
5、0因此，提供一种具有较低工作温度的熔融盐电解质，发展合适的低温二次铝电池体系具有重要意义。
6、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的第一目的在于提供一种电解质，所述电解质包括低温铝熔融盐，其具有熔点低、成本低、扩散动力学快等优点。
2、本发明的第二目的在于提供一种铝电池，该铝电池具有工作温度低，安全性高，成本低，电化学性能好，尤其是循环性能和充放电倍率性能好等优点。
3、本发明的第三目的在于提供所述的铝电池在大型独立储能电站、分布式可再生能源并网、储能系统和电动汽车中的应用。
4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
5、第一方面，本发明提供了一种电解质，所述电解质包括低温铝熔融盐，所述低温铝熔融盐由至少一种(还可以选择两种、三种或四种)卤化铝(即铝的卤化物)和至少一种(还可以选择两种、三种、四种、五种或六种)碱金属卤化物经混合、加热制得。
6、所述卤化铝的通式为alx3。其中，x包括cl、br和i中的一种。
7、所述碱金属卤化物的通式为mx。其中，m包括li、na、k、rb和cs中的一种；x包括cl、br和i中的一种。
8、其中，所述卤化铝和所述碱金属卤化物中至少包括两种不同种类的卤族元素；即，所述卤化铝和所述碱金属卤化物中的卤族元素x包括cl、br和i中的至少两种，例如：cl和br；或者cl和i；或者br和i；或者或者cl、br和i；或者cl、f和br；或者cl、f和i；或者br、i和f；
9、或者f、cl、br和i。
10、也即，所述低温铝熔融盐中包括至少两种不同种类的卤族元素。
11、所述碱金属卤化物中的金属元素包括li、na、k、rb和cs中的至少一种，还可以选择两种、三种、四种或五种。
12、所述碱金属卤化物和所述卤化铝的摩尔比为1：1.1～4；包括但不限于1:1.2、1:1.25、1:1.27、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2.0、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3.0、1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。发明人发现，若所述碱金属卤化物和所述卤化铝的摩尔比过高，即卤化铝含量过高，则熔融盐难以实现较低的熔点，且熔融盐的挥发性过高，不利于熔融盐的制备及物理稳定性；若所述碱金属卤化物和所述卤化铝的摩尔比过低，即碱金属卤化物过高，则熔融盐难以实现较低的熔点。
13、所述低温铝熔融盐的熔点≤90℃，包括但不限于90℃、85℃、80℃、75℃、70℃、65℃、60℃、55℃、50℃、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
14、本发明提供的电解质由低温铝熔融盐组成，所述的低温铝熔融盐通过采用特定的组成和特定的用量，具有熔点低、成本低、高反应动力学、不燃烧以及高安全性等优点。
15、具体地，低温铝熔融盐中，碱金属卤化物和卤化铝的摩尔比为1：1.1～4，在这种比例下，由于内部所形成的以al-cl共价键结合的中长链alxcl3x+1-团簇离子(即x>2)在所有阴离子中占比大，而这种中长链团簇离子电荷浓度低，极化能力低，迁移率更高，使得所述铝熔融盐熔点降低。同时，通过使用多卤素组分，一方面进一步增加了体系的熵值，另一方面较大尺寸的br-和i-等卤素离子的引入，减小了阴、阳离子之间的静电引力，使得离子在较低温度下可以自由移动降低，从而进一步降低熔融盐混合体系的熔点。同时，多卤素组分的引入降低了铝-卤素共价键的断键能垒，提高了脱溶剂化能力，实现了低温铝熔融盐电解质在较低工作温度下依然具有快速反应动力学。
16、进一步地，已公开的熔融盐电池(如液态金属电池、na-nicl2电池等)工作温度较高，导致电池在运行过程需高能耗，另外，高熔点的熔融盐电解质及高的工作温度，对高温密封提出较高的要求，也为电池结构设计和后期电池组维护提高了难度。而本技术所提供的低温铝熔融盐，降低了电池结构设计和后期电池组维护的成本。
17、更进一步地，发明人发现，熔融盐电解质在高温运行情况下(>100℃)对电池组件具有腐蚀性，影响电池循环性能。而本技术提供的低温铝熔融盐制得的铝电池，可有效地解决熔融盐电解质与组件间的副反应问题，提高铝电池的稳定性以延长寿命。
18、为了进一步综合考虑低温铝熔融盐的熔点、挥发性以及反应动力学，对碱金属卤化物和卤化铝的摩尔比进行了优化。优选地，所述碱金属卤化物和所述卤化铝的摩尔比为1：1.2～3.0。
19、优选地，所述卤化铝和所述碱金属卤化物中至少包括三种不同的卤族元素。
20、即，所述卤化铝和所述碱金属卤化物中的卤族元素至少包括cl、br和i中的至少三种，例如，cl、br和i。
21、也即，所述低温铝熔融盐中包括至少三种不同种类的卤族元素。
22、优选地，所述低温铝熔融盐由至少两种卤化铝(即氟化铝、氯化铝、溴化铝和碘化铝中的至少两种)和至少一种碱金属卤化物经混合、加热制得；或者，所述低温铝熔融盐由至少一种卤化铝和至少两种碱金属卤化物经混合、加热制得。
23、优选地，所述低温铝熔融盐由至少两种卤化铝和至少两种碱金属卤化物经混合、加热制得。
24、优选地，所述低温铝熔融盐由至少两种卤化铝和至少三种碱金属卤化物经混合、加热制得。
25、优选地，所述低温铝熔融盐由至少两种卤化铝和至少四种碱金属卤化物经混合、加热制得。
26、优选地，所述低温铝熔融盐的熔点为20～90℃，包括但不限于25℃、27℃、30℃、35℃、38℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
27、本发明所提供的多卤素低温铝熔融盐兼具低工作温度和高扩散动力学。
28、优选地，所述加热的温度≥80℃，包括但不限于85℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃、170℃、190℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、600℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；优选为80～500℃，更优选为85～150℃。所述加热的时间≥10min；包括但不限于20min、30min、40min、50min、60min、100min、120min、160min、240min、300min、360min、420min、480min、600min(即10h)、12h、20h、24h、28h、30h、32h、36h、40h、48h、72h、96h、120h、144h、168h(即7day，7天)、192h、240h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；优选为10min～7day；更优选为20min～30h。
29、优选地，在所述加热完成后，还包括冷却和研磨的步骤。
30、优选地，所述研磨至物料的粒径≤800μm；优选为1～800μm，包括但不限于5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、70μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、600μm、700μm、800μm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
31、优选地，所述混合、所述加热、所述冷却和所述研磨均在惰性气氛下进行。
32、在本发明一些具体的实施例中，所述惰性气氛包括氮气和/或氩气。
33、第二方面，本发明提供了一种铝电池，包括如上所述的电解质。
34、采用本发明提供的电解质，极大扩宽了熔融盐铝电池的工作温度范围，兼具低工作温度和高扩散动力学，具有优异的电化学性能，并降低了铝电池的运行、维护成本。
35、具体地，现有技术中所公开的熔融盐铝电池通常只能局限于较高工作温度。虽然较高的熔融盐铝电池工作温度可以实现快的反应动力学和较小电压滞后，但是，过高的工作温度会导致电极材料的化学不稳定性，造成容量衰减，并且会增加电池启动过程的能耗，增加热管理系统的维护难度。而本发明公开了基于多卤素的低温铝熔融盐，在较低工作温度下即可正常运行，采用其制得的电池，有效抑制了、降低了电极材料的化学不稳定性，实现铝电池在高的能量效率和稳定性。即，解决了中高温熔融盐铝电池中电极材料的化学不稳定性而导致的低能量效率和低稳定性。
36、并且，低温铝熔融盐电解质与电池组件的副反应得到有效抑制，一方面避免了因电池组件失效而导致循环性能快速衰减，另一方面确保了电解质组分不发生变化。
37、进一步地，本发明提供的低温熔融盐制得的铝电池展现出高倍率性能(如在0.5c电流密度和80℃下可逆容量高达689mah/g)，相对于基于室温离子液体的铝电池，具有更高的倍率性能和功率密度。
38、优选地，所述铝电池的工作温度为20～250℃；包括但不限于25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、230℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
39、本发明提供的铝电池的运行温度可低至20℃，低于已公开的熔融盐铝电池(>90℃)，远远低于目前基于熔融盐的液态金属电池的运行温度(>450℃)，也低于基于熔融盐的zebra电池(>270℃)。在较低温度下，低温熔融盐铝电池的密封腐蚀问题和加热启动耗能过高的问题得到解决，电池的封装成本和热管理成本将大幅降低。因此，本发明提供的铝电池建造、工作和维护成本大大降低。
40、优选地，所述铝电池包括二次铝电池。
41、优选地，所述铝电池包括铝硫电池。
42、优选地，所述铝硫电池的正极包括硫正极活性材料。
43、优选地，所述硫正极活性材料包括硫单质、硫-硒化合物、硫化聚丙烯腈和铝-硫化合物中的至少一种。
44、在本发明一些具体的实施例中，所述硫正极活性材料的制备方法包括如下步骤：硫单质与导电助剂研磨混合，通过加热熔融方式，制备所述硫正极活性材料。优选地，所述导电助剂包括科琴黑碳、多壁碳纳米管、硒单质和石墨烯中的至少一种。
45、或者，所述硫正极活性材料的制备方法包括如下步骤：将硫与聚丙烯腈混合后，在350℃～500℃的惰性条件下热处理，得到硫化聚丙烯腈复合材料，即为所述硫正极活性材料。
46、在本发明一些具体的实施例中，所述铝电池的正极的制备方法包括如下步骤：通过浆料涂覆的制备方法，将所述硫正极活性材料、super p碳黑导电剂与聚四氟乙烯粘结剂混合，使用异丙醇作为溶剂，制成浆料，涂覆在集流体表面，然后干燥，得到所述正极。
47、在本发明一些具体的实施例中，所述铝电池的负极可以采用任意的、常规的负极材料，例如铝金属和/或铝合金，但不限于此。
48、本发明提供的铝硫电池，使用铝金属或铝合金为负极，使用含硫的活性物质作为正极，电池基本反应为基于al与s的转换反应，铝元素与硫元素是储量极其丰富的低成本原材料，摆脱了对当前提取成本昂贵的锂元素的依赖。
49、同时，本发明铝硫电池使用的电解质原材料由成本低廉的碱金属卤化物和铝的卤化物组成，因此，该铝硫电池的材料成本远低于现有的商业化锂离子电池。
50、第三方面，本发明提供了如上所述的铝电池在大型独立储能电站、分布式可再生能源并网、储能系统和电动汽车中的应用。
51、本发明提供的铝电池体系不仅具有优异的电化学性能，且具有不可燃性、高安全性以及成本低等优点，将在大型独立储能电站、分布式可再生能源并网、园区及家庭储能系统、电动汽车等领域具有广泛应用潜力。
52、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
53、(1)本发明提供的电解质，其中的低温铝熔融盐熔点低，且具有高反应动力学。解决了现有技术中由于工作温度较高导致的电极材料不稳定性、电池密封腐蚀问题以及耗能过高的问题。并且，降低了电池的封装成本和热管理成本。
54、(2)本发明提供的电解质，可有效地解决熔融盐电解质与电池组件间的副反应问题，实现优异的循环稳定性。
55、(3)本发明提供的电解质，还具有不燃烧以及高安全性等优点。
56、(4)本发明提供的铝电池兼具低工作温度和高扩散动力学，其具有优异的电化学性能，且成本低。
1.一种电解质，其特征在于，所述电解质包括低温铝熔融盐，所述低温铝熔融盐由至少一种卤化铝和至少一种碱金属卤化物经混合、加热制得；
2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述碱金属卤化物和所述卤化铝的摩尔比为1：1.2～3.0。
3.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述卤化铝和所述碱金属卤化物中至少包括三种不同的卤族元素。
4.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述低温铝熔融盐由至少两种卤化铝和至少一种碱金属卤化物经混合、加热制得；或者，所述低温铝熔融盐由至少一种卤化铝和至少两种碱金属卤化物经混合、加热制得；
5.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述低温铝熔融盐的熔点为20～90℃。
6.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述加热的温度≥80℃，所述加热的时间≥10min；
7.一种铝电池，包括如权利要求1～6任一项所述的电解质。
8.根据权利要求7所述的铝电池，其特征在于，所述铝电池的工作温度为20～250℃；
9.根据权利要求7所述的铝电池，其特征在于，所述铝电池包括铝硫电池；
10.如权利要求7～9任一项所述的铝电池在大型独立储能电站、分布式可再生能源并网、储能系统和电动汽车中的应用。
