一種熔鹽電池電解質(zhì)的制作方法
【專利摘要】一種電化學(xué)電池的電解質(zhì)，涉及一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池的電解質(zhì)。其特征在于該電解質(zhì)的成份包括LiF、LiCl和LiBr。本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，該電解質(zhì)的初晶溫度低，有利于減少熱量損失，密度介于液態(tài)的正負(fù)極金屬的密度之間，能夠把液態(tài)的正負(fù)極金屬分開，電導(dǎo)率較高，有利于減小電池的內(nèi)阻。由于該電解質(zhì)中不含昂貴的LiI或者LiI含量較少，使熔鹽電池電解質(zhì)成本大幅度降低，僅為文獻(xiàn)中提到的LiF-LiCl-LiI電解質(zhì)成本的10%~60%，從而使電池總成本降低10~40%。
【專利說(shuō)明】—種熔鹽電池電解質(zhì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 一種電化學(xué)電池的電解質(zhì)，涉及一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池的電解質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力能源以其清潔、便利等特點(diǎn)，已經(jīng)成為人類現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中不可或缺的重要部分。近年來(lái)，無(wú)論是為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，還是緩解日益嚴(yán)峻的環(huán)境壓力，世界各國(guó)都把目光投向進(jìn)一步開發(fā)和利用可再生能源發(fā)電，因此，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的作用日益凸顯，電化學(xué)儲(chǔ)能電池以其能量密度高、響應(yīng)時(shí)間快、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)成為大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的重要發(fā)展方向。美國(guó)麻省理工學(xué)院Sadoway教授團(tuán)隊(duì)提出的熔鹽電池大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能的新思路，其原型來(lái)自于三層液鋁精煉。熔鹽電池由兩部分液體金屬電極和熔鹽電解質(zhì)組成，熔鹽電解質(zhì)把液體金屬正負(fù)電極分開，由于密度差和不混溶性使三層液體自動(dòng)分層。充電時(shí)，正極合金中的活性元素在負(fù)極上析出，放電時(shí)負(fù)極活性元素重新回到正極合金中。新型高溫熔鹽電池成本較低，容量大，組裝及維護(hù)簡(jiǎn)單，充放電次數(shù)有望達(dá)到一萬(wàn)次，在電網(wǎng)存儲(chǔ)市場(chǎng)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。熔鹽電池從工作原理、工程設(shè)計(jì)到現(xiàn)有研究結(jié)果來(lái)看，能較好地滿足電網(wǎng)大規(guī)模靜態(tài)儲(chǔ)能的技術(shù)要求，引起了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0003]熔鹽電池的電解質(zhì)的性質(zhì)對(duì)電池的工作參數(shù)有重要的影響，電解質(zhì)的選擇要遵循初晶溫度較低、成本盡量低、能量效率盡量高、電極金屬溶解度小的依據(jù)。以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電壓較高，能量密度大，工作溫度低，相比其他金屬，鹵化鋰對(duì)鋰的溶解很小，并且熔融狀態(tài)下電導(dǎo)率很高(1.7-3.5S cnT1)，因此以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)有很優(yōu)秀的應(yīng)用前景，該類電池的電解質(zhì)一般為鹵化鋰混合物，目前國(guó)內(nèi)沒有關(guān)于該電池電解質(zhì)方面的已公開的專利、文獻(xiàn)及書籍，國(guó)外公開專利中也只有美國(guó)US 20120104990A1中提到了用LiF-LiCl-LiI用作L1-Pb-Sb熔鹽電池的電解質(zhì)，并沒有具體的電解質(zhì)成分，美國(guó)麻省理工學(xué)院 Sadoway 教授等人在文章《Liquid Metal Batteries: Past, Present, andFuture》中提出了一種L1-Pb-Sb熔鹽電池的電解質(zhì)電解質(zhì)成分，其摩爾比為L(zhǎng)iF:LiCl:Lil=20:50:30，其中昂貴的LiI的質(zhì)量百分含量很高，達(dá)到了 83.8%。LiF-LiCl-LiI用作L1-Pb-Sb熔鹽電池的電解質(zhì)成本較高，電解質(zhì)的成本占了整個(gè)電池成本的55%左右，電解質(zhì)中LiI成本最高，占了電解質(zhì)成本的90%以上，超過(guò)電池成本的45%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述電解質(zhì)體系匱乏，成本高的缺點(diǎn)，提供一種初晶溫度低于500°C、成本較低的電解質(zhì)，
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的成份包括LiF、LiCl和 LiBr。
[0006]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于所述的熔鹽電池電解質(zhì)的質(zhì)量百分比成份包括:LiF為5%~22%，LiCl為20%~40%，LiBr為35%~68.5%。
[0007]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的成份還包括Lil，其在電解質(zhì)中的質(zhì)量百分比含量為0-53%。
[0008]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)中包括的LiI在電解質(zhì)中的質(zhì)量百分比含量為19%~53%。
[0009]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)的初晶溫度范圍為 31(T480°C，密度為 2~3.0 g.cnT3，電導(dǎo)率為 2.9-3.6S cnT1。
[0010]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)工作狀態(tài)下為熔融的液態(tài)，用于以液態(tài)鋰作為負(fù)極，液態(tài)金屬合金為正極的熔鹽電池。
[0011]本發(fā)明的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，該電解質(zhì)的初晶溫度低，有利于減少熱量損失，密度介于液態(tài)的正負(fù)極金屬的密度之間，能夠把液態(tài)的正負(fù)極金屬分開，電導(dǎo)率較高，有利于減小電池的內(nèi)阻。
[0012]由于該電解質(zhì)中不含昂貴的LiI或者LiI含量較少，使熔鹽電池電解質(zhì)成本大幅度降低，僅為文獻(xiàn)中提到的LiF-LiCl-LiI電解質(zhì)成本的10%飛0%，從而使電池總成本降低109^40%。
【具體實(shí)施方式】
[0013]一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，由LiF、LiCl和LiBr三種化合物組成或由LiF、LiCl、LiBr和LiI四種化合物組成，電解質(zhì)中各個(gè)成分的質(zhì)量百分含量為:LiF為
3.7~12%，LiCl 為 11 ~28%，LiBr 為 22.5~74%，LiI 為 0%(對(duì)應(yīng) LiF-LiCl-LiBr 體系)，或者LiI 為 19~53%(對(duì)應(yīng) LiF-LiCl-LiBr-LiI 體系)。
[0014]注:下面7個(gè)實(shí)施例中電`解質(zhì)的初晶溫度使用步冷曲線法進(jìn)行測(cè)定，密度使用阿基米德法進(jìn)行測(cè)定，電導(dǎo)率使用CVCC法進(jìn)行測(cè)定。由于熔鹽初晶溫度、密度及電導(dǎo)率的測(cè)定難度較大，誤差在所難免，不同的實(shí)驗(yàn)人員及不同的測(cè)定方法都可能得出不同的結(jié)果。
[0015]實(shí)施例1
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為6%，LiCl為20%，LiBr為74%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為476.5°C，在500°C時(shí)密度為2.37g.cm_3，電導(dǎo)率為3.14s.cnT1。
[0016]實(shí)施例2
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為9.5%，LiCl為22%，LiBr為68.5%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為442.3°C，在500°C時(shí)密度為2.26g.cm_3，電導(dǎo)率為3.31s.cm—1。
[0017]實(shí)施例3
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為:LiF為12%，LiCl為28%，LiBr為60%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為460.1°C，在500°C時(shí)密度為2.15g.cnT3，電導(dǎo)率為3.35s.cnT1。
[0018]實(shí)施例4
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為5.5%，LiCl為22%，LiBr為44%，LiI為28.5%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為426.4°C，在500°C時(shí)密度為2.46g.cnT3，電導(dǎo)率為2.98s.cm—1。
[0019]實(shí)施例5
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為3.7%, LiCl為21.3%, LiBr為56%，LiI為19%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為454.4°C，在500°C時(shí)密度為2.42g.cm—3，電導(dǎo)率為2.95 s.cm—1。[0020]實(shí)施例6
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為5%, LiCl為19.5%, LiBr為22.5%, LiI為53%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為319°C，在500°C時(shí)密度為2.71g.cm_3，電導(dǎo)率為2.91s.cnT1。
[0021]實(shí)施例7
電解質(zhì)質(zhì)量百分比組成為=LiF為5%，LiCl為11%，LiBr為35%，LiI為49%。該成分電解質(zhì)的初晶溫度為360°C，在500°C時(shí)密度為2.73g.cm_3，電導(dǎo)率為2.88s.cnT1。
【權(quán)利要求】
1.一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的成份包括LiF、LiCl和 LiBr。
2.根據(jù)利要求I所述的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于所述的熔鹽電池電解質(zhì)的質(zhì)量百分比成份包括:LiF為5%~22%，LiCl為20%~40%，LiBr為35%~68.5%。
3.根據(jù)利要求I所述的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的成份還包括Li I，其在電解質(zhì)中的質(zhì)量百分比含量為0-53%。
4.根據(jù)利要求I所述的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)中包括的LiI在電解質(zhì)中的質(zhì)量百分比含量為19%~53%。
5.根據(jù)利要求I和3所述的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)的初晶溫度范圍為31(T480°C，密度為2~3.0 g.cm_3，電導(dǎo)率為2.9-3.6S cm—1。
6.根據(jù)利要求I所述的一種以鋰作為負(fù)極的熔鹽電池電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)工作狀態(tài)下為熔融的液態(tài)，用·于以液態(tài)鋰作為負(fù)極，液態(tài)金屬合金為正極的熔鹽電池。
【文檔編號(hào)】H01M10/39GK103715466SQ201310670196
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】顏恒維, 王成智, 楊建紅, 劉丹, 張巖巖 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司