[发明专利]二级固态电源

说明书

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及二级电源(蓄电池)，用于远程通讯系统(telecomunication system)的电子和微电子设备，便携式计算机，电动车辆等，它们要求安全的可再充电的具有高能量和低自放电的电池。以下参数可以被认为是对二级电池广泛应用领域而言很有前途的参数： 

比能量为500Wh/kg 

能量密度为600Wh/dm³

充电/放电循环数约为1000 

自放电约为1-3％/年。 

但是，最高的比能量参数会引起安全问题，而安全问题是对这些电化学电池而言至关重要的问题。高级电池的能量密度约为500-1000Wh/dm³或1.8-3.6kJ/cm³。这些值与一些爆炸物的爆炸转化能量差不多，例如TNT 6.7kJ/cm³(A.A.Potanin.Solid State Chemical Battery with LaF₃-Like Ionic Cnoducors.//Russ.Chem.Journ.(J.of Mend.Russ.Chem.Soc.)，2001，v.45，№5-6，pp.58-63)。因此，具有固态阳极、电解质和阴极以及在充电/放电过程中在所述的阴极和阳极之间产生反应的固相电流的固态电源，是具有高比能量参数的众所周知的电化学电池中最有前途的。基于固态氟化物离子导体的固态氟化物离子电源，因其高能量和安全性，而在这些电化学电池当中是值得注意的，(A.A.Potanin.Solid State Chemical Battery with LaF₃-Like Ionic Conductors.//Russ.Chem.Journ.(J.of Mend.Russ.Chem.Soc.)，2001，v.45，№5-6，pp.58-63)。 

背景技术

基于氟离子(对其而言，充电和放电过程是可能的)的固体导体的固态电源是已知的。具体而言，在放电状态存在以下组成的电源现在是已知的(Патент велиκобританииNo 1524126，H01M 6/18，10/36，oпyбл.06.09.78)，即： 

C/PbF₂(具有KF添加剂)/Ag 

Pb/PbF₂(具有KF添加剂)/Ag 

Pb/PbF₂(具有KF添加剂)/Cu 

C/PbF₂(具有KF添加剂)/Cu 

C/PbF₂(具有KF添加剂)/C， 

而在充电状态存在以下组成： 

Pb/PbF₂(具有KF添加剂)/AgF/Ag 

Pb/PbF₂(具有KF添加剂)/CuF₂/Cu 

Pb/PbF₂(具有KF添加剂)/PbF₂/C。 

这些电池的固体电解质是基于氟化铅以及氟化钾添加剂的复合型氟化物。在这些电池中使用的Pb/AgF电极对的特征在于电极过程的可逆性。因此，上述电池可以用作初级电池和二级电池。不过，该二级电池的应用的特征在于低能量。低能量值可以解释为由于在充电过程中由氟化铅组成的固体电解质电解和随后在阳极上形成Pb而致使电解质层破坏和短路。这导致的结果是，在执行充电循环过程中可以实现低充电容量，结果是电源具有低电容。给定设备的电容增加只有通过尺寸(dimensions)增加才可以实现，这不总是可允许的和合理的，因为在此情况下电源具有非常低的特性(specific characteristics)。 

对以上熟知的电源而言，比能量为0.45W·h/kg，能量密度为3.6W·h/dm³，这明显低于镍-镉蓄电池(70W·h/kg，120W·h/dm³)，或者锂离子蓄电池(130W·h/kg和300W·h/dm³)。