[發明專利]一種鋰離子—鹵素液流電池

有效

• 申請號: 201410491227.0
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN105514531B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 賴勤志;張華民;程元徽
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M2/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

一種鋰離子—鹵素液流電池，由一節或二節以上單電池串聯而成的電池模塊、正電解液儲液罐、負電解液儲液罐、循環泵和循環管路組成。單電池包括正極、負極，以及將正極、負極相分隔開的隔膜，負極由基體和其上附著的石墨材料組成，正極由基體和附著其上的碳材料；該電池由于負極反應采用鋰離子的嵌入及脫嵌反應，正極采用鹵素離子的氧化還原反應，具有電化學活性最高、能量密度高、結構及制造工藝簡單的特點，相比鋰金屬鹵素液流電池具有安全性高的特點。

技術領域

本發明涉及一種液流電池新體系，具體涉及一種鋰離子-鹵素液流電池。

技術背景

鋰離子電池是繼鉛酸電池、鎘鎳電池以及鎳氫電池之后新一代二次電池，具有工作電壓高、容量大、自放電少、循環壽命長、無記憶效應、無環境污染和工作溫度范圍寬等顯著優點，做為電源更新換代產品，被認為是高容量、大功率電池的理想之選，是21世紀的綠色環保電源。

作為提供鋰離子電池的正極材料，對于提高鋰離子電池的工作電壓、比能量和循環壽命等電化學性能至關重要，也是研究者研究的重點。目前，隨著各種多功能便攜式電子產品和電動車、儲能領域等發展，對使用的可逆二次電池的需求越來越大，因此開發具有高比能量的可逆二次電池成為研究熱點，尤其是采用鋰金屬作為電極的高比能量鋰電池更是引起了人們的廣泛關注。其主要的限制因素之一是高比容量正極的應用。

鹵素的氧化還原反應在水系液流電池中有著極為廣泛的應用，包括鋅溴、多硫化鈉溴液流電池在內的體系正極均采用鹵素的氧化還原反應。鹵素的氧化還原反應具有能量密度高、容量隨電解液用量而提升的優點。

發明內容

本專利為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鋰離子—鹵素液流電池，由一節或二節以上單電池串聯而成的電池模塊、正電解液儲液罐、負電解液儲液罐、循環泵和循環管路組成；單電池包括正極、負極，以及將正極、負極相分隔開的隔膜，負極由基體和其上附著的石墨材料組成，正極由基體和附著其上的碳材料；

所述電池的電解液為由鋰鹽作為溶質、該鋰鹽能夠在其中電離的非水溶劑作為溶劑和鹵素單質絡合劑三部分組成，其中鋰鹽包括兩部分，一部分是作為活性物質的鹵化鋰，另一部分為支持電解質鋰鹽；

所述鹵化鋰為氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰中的一種或二種以上；

所述鹵素單質絡合劑為溴化季銨鹽、溴化氮甲基乙基吡咯烷、溴化氮甲基乙基吡啶中的一種或兩種以上；

所述支持電解質鋰鹽為LiBF₄、LiClO₄、LiFP₆、LiAsF₆、LiN(SO₂CF₃)₂、LiSO₂CF₃中的一種或二種以上；

非水溶劑包括酯類中的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯，醚類中的乙二醇二甲醚、1，3-二氧戊環、四甘醇二甲醚，DMSO和離子液體中的一種或二種以上。

充電時，電解液中的鋰離子嵌入負極的石墨材料中；鹵素離子在正極形成鹵素單質；放電時，鋰離子從負極的石墨材料中脫嵌進入電解液中；鹵素單質生成鹵素。

所述鹵素單質絡合劑于溶劑中的質量濃度為0.005～0.01M/L

所述鹵化鋰于溶劑中的質量濃度為1～10M；

所述支持電解質鋰鹽于有機溶劑中的質量濃度為0.1～3M。

所述的正極為碳材料電極，碳材料為石墨化碳或非石墨化碳中的一種或二種以上，該碳材料可以為顆粒狀、纖維狀、管狀、片層狀中的一種或二種以上，碳材料經過編織、堆疊、壓制或膠黏方法制備而成具備不同尺度的立體孔結構的碳材料電極，立體孔結構包括微孔、介孔、中孔和大孔中的二種以上。