[发明专利]一种碱金属液流电池及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流电池及其制备方法和用途，尤其涉及一种碱金属液流电池及其制备方法和用途。

背景技术

自日本SONY公司成功推出锂离子电池以来，锂离子电池产品迅速在电子产品、军事领域等方面得到广泛应用，目前正在向汽车工业和大规模储能方向发展。

液钒电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原液流电池，经过十来年的发展，相关技术已成熟，很多国家都已实现了其工业化应用。由于液钒电池的液态活性物质贮存在电堆外部的储液罐中，因此电池的容量大且易调整，寿命长，活性物质可循环利用，如果集中处理，不会产生污染，自问世以来受到广泛关注并得到快速发展。但是该电池的能量密度偏低，通常在20～30Ah/Kg，限制了其大规模应用。相较而言，锂离子电池的能量密度至少在100Ah/kg以上。

我们发明了一种液流水系可充锂离子电池，包括正极浆料、负极浆料、隔膜、电解液、集流体和正负极储液罐，其中，正极材料采用碱金属离子可以嵌入和脱出的具有相对高的脱/嵌电位平台的材料；负极材料采用碱金属离子可以嵌入和脱出的具有相对低的脱/嵌电位平台的材料；电解质为含碱金属化合物的水溶液；正负极活性材料分别与导电剂混合，然后均匀分散在电解液中，形成均匀的可流动的半固态正极浆料和负极浆料，正负极之间用隔膜隔开，正负极材料浆料通过外接泵从储液灌压入电池堆体内完成电化学反应，反应后溶液又回到储液灌，活性物质不断循环流动，来完成充放电。该电池结合了水系电池和液流电池的优点，电池的能量密度可望得到提高，同时还避免了采用有机电解液所必需的严格的组装条件，因此制造成本也大大降低。此外，水系锂离子电池还具有价格低廉、无环境污染、安全性能高、电能功率高等优点。但是，由于水的析氢析氧电位相对偏低，导致液流水系可充锂离子电池存在电压偏低(通常低于2V)的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服常规的液流电池能量密度较低、液流水系电池电压较低的缺陷，提供一种能量密度较高且电压较高的液流电池及其制备方法和用途。

本发明提供了一种碱金属液流电池，包括正极集流体、负极、正极浆料、负极电解液、隔膜、封装外壳、正极浆料储罐和负极电解液储罐，所述正极集流体、负极、隔膜以及部分的正极浆料和部分的负极电解液容纳在所述封装外壳内，所述隔膜位于所述正极集流体和负极之间，所述隔膜将所述正极浆料和所述负极电解液隔开，其中，所述正极浆料包括正极活性材料、导电剂和正极电解液，所述负极为碱金属电极。正极浆料可以是一种可流动的半固态混合物，在液泵的作用下灌压进入封装外壳内进行电化学反应，反应过程中正极浆料在封装外壳和正极浆料储罐之间不断循环流动，由此完成充电或放电工作。