[發明專利]一種新型高溫熔鹽電池用膏狀電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201410071817.8
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103825058A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 蔣凱;王如星;王康麗;王瑋;程時杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明涉及一種用于高溫熔鹽電池的電解質材料及其制備方法，主要涉及兩種將傳統高溫熔鹽電池用全液態電解質制備成具有一定粘稠度的膏狀電解質的制備方法，屬于儲能電池的電解質材料。

技術背景

大規模儲能是現代電力系統發展的關鍵技術之一。近年來，高效廉價大規模儲能電池體系的研發成為儲能領域的熱點，如改性鉛酸電池，鋰離子電池，鈉硫電池等。然而，現有電化學儲能技術的多項儲能參數特別是價格和壽命等都無法滿足當前的儲能市場需求。

20世紀60年代末期，美國阿貢國家重點實驗室（ANL，Argonne?National?Laboratory）開發出Li/S高溫熔鹽電池。幾年后，這種以液態鋰為負極，單質硫為正極的高溫熔鹽電池的研究被放棄，主要原因是控制和保持電極活性較為困難。一種以固態鋰鋁合金為負極，以固態金屬硫化物為正極的高溫熔鹽電池取代了Li/S電池，該電池具有較為出色的儲能性能。而近年來，美國麻省理工學院提出“全液態金屬電池”（Liquid?Metal?Battery）和華中科技大學提出“半液態金屬電池”(專利號：CN103259033A29-34)應用于電網大規模儲能的新概念，讓高溫熔鹽電池體系得到了進一步的發展。

“全液態金屬電池”以液態熔融鹽為電解質，液態熔鹽具有電導率高、傳質快等特點，但是在電池運行過程中液態熔鹽電解質容易因成分的波動、雜質的引入、密度不均、放電合金產物的累積等因素導致電池電極的橋接短路；同時當電池遇到振動、碰撞等外力作用時也易發生因電解質泄露而導致電池短路或斷路的危險。華中科技大學提出的“半液態金屬電池”(專利號：CN103259033A29-34)嘗試在電解質中混入陶瓷粉體以解決全液態熔鹽電解質在使用過程中所存在的問題。但是簡單的共混過程不僅不能有效解決電池短路問題反而會因陶瓷粉體的引入使電解質的電阻增加和電導率下降，電解質電導率下降會導致電池的工作電壓降低、庫倫效率變差從而影響整個電池的性能。

發明內容

基于上述缺陷，本發明的目的在于提供兩種將傳統的全液態電解質制備成具有一定粘度的膏狀電解質的材料和制備方法，所制備的膏狀電解質在基本保持全液態電解質導電率高、傳質快等特點的同時可以有效降低電池短路或斷路的風險，提高電池運行的穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于高溫熔鹽電池的膏狀電解質，其特征在于：所述電解質材料是在熔融鹽電解質基礎上添加MgO填充料或Al₂O₃纖維填充料，其中，所述MgO填充料含量為20%～50wt%，所述Al₂O₃纖維填充料的含量為5%～20%體積百分比，MgO粉末顆粒大小為50nm～500nm，Al₂O₃纖維長度為0.5mm～20mm，在電池的工作溫度下，熔融鹽與上述填充料的混合物會以膏狀形式存在，其中，MgO基膏狀電解質中的MgO顆粒會在電解質中富集形成MgO富集區，MgO富集區分散于熔鹽中，在毛細管力作用下MgO富集區對熔鹽產生較強的束縛作用使熔鹽與MgO的混合物以粘度很大的膏狀形式存在；Al₂O₃纖維的三圍網狀骨架結構會對熔鹽產生較強的束縛作用將電解質束縛于Al₂O₃基片的三圍網狀骨架中。

其中，熔融鹽電解質為LiF-LiCl-LiBr22-31-47mol%或LiCl-LiBr-KBr25–37–38mol%。

一種MgO基膏狀電解質的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）取所需的電解質在一定溫度氬氣氛圍下預熔，同時對MgO粉末進行預處理，除去吸附的水和可能存在的碳酸鹽；（2）將預熔后的電解質冷卻研磨成粉末狀，與處理后的MgO粉末按一定配比混合，在球磨機中球磨5～10h；(3)將球磨后的混合粉末置于氬氣氛圍下保溫6h，溫度同步驟1，冷卻后研磨成粉末，即為所需的MgO基膏狀電解質。

其中，MgO填充料含量大于25wt%。

優選的，MgO填充料含量大于30wt%。