[发明专利]电化学电池

说明书

本发明涉及一种高温可再充电的电化学电源蓄电池;这种电池的熔盐电解质;以及这种电池的工作方法。

在以美国专利4722875为代表的现有技术中，阴极上加上了额外的NaCl，以保证在蓄电池的所有充电状态中NaCl都和电解质接触。这就保证AlCl₃∶NaCl的克分子比大于1∶1，使该电解质不能变成Lewis酸形式的酸性。过剩的NaCl起Lewis碱的作用。

这说明蓄电池的电容量是阴极有限的（cathode-limited）。此外，撇开正常的蓄电池运作的净重而论，过剩的NaCl会在过放电时氯化阴极基料，导致蓄电池内阻增加，而在NaCl消耗后，电解质变为酸性。

根据本发明，一方面是要制备一种高温可再充电的电化学电源蓄电池，其包括：

-碱金属阳极，它在电池的工作温度下熔融;

-碱金属卤化铝熔盐电解质，其碱金属和阳极的相同，其卤离子包含氯离子且在电池工作温度下熔融;

-阴极，其阴极活性材料包含由Fe、Ni、Co、Cr和Mn组成的一组过渡金属中的至少一种，并且与所说的电解质接触;

-隔离层，处于阳极和电解质之间使它们彼此分离，它是阳极碱金属离子的固态导体，电解质包含一种2-30摩尔%的添加剂，该添加剂是一组M₂X、MY和M_AZ中的一种，其中M是阳极碱金属，X是二价阴离子，Y是除卤化物外的一价阴离子，Z是具有A价至少为3价的多价阴离子，所说添加剂的作用是降低该电解质的路易斯酸性（Lewis acidity）。

这样，添加剂可和相应于（Ⅰ）-（Ⅳ）的任一反应式中的MAlCl₄反应如下：

生成物MAlCl₂X、M₂（Cl₃Al-X-AlCl₃）和MAlCl₃Y比MAlCl₄有更低的路易斯酸性，并且含添加剂的熔盐电解质包括M和Al，M∶Al的克分子比至少为1∶1。

阳极和熔盐电解质的碱金属M可以是Na，隔离层是钠离子的β氧化铝固态导体。虽然隔离层一般是β氧化铝（如β″氧化铝）或钠离子的nasion固态导体，本发明可以同样适用于阳离子交换的β氧化铝，钾或锂β氧化铝，它们分别是钾或锂离子导体。

在本发明的电池中，阴极活性材料便于分散到可渗透电解质的电子导电基体中，而该基体浸渍有熔盐电解质材料。基体可由阴极的过渡金属以金属形式构成，或可由具有诸如碳、硅、氮、硼或磷非金属的过渡金属中间耐熔硬金属化合物构成。

在M是Na的情况下，上述Ⅰ-Ⅳ的反应式可表示如下：

在上述反应式（Ⅱ）和（Ⅲ）中，含有Al和X的反应生成物具有一聚合物的阴离子，它的基本结构如下：

当然比-Al-X-Al-形式更长的聚合物也是有可能的，那就可能产生与反应式Ⅳ和Ⅷ的反应生成物类似的聚合物。

添加剂至少可以是下述一组化合物中的一种：

M₂O;

M₂CO₃;

M₂SO₄;