[发明专利]熔盐电池

说明书

技术领域

本发明涉及使用熔盐电解质的熔盐电池，并且，更具体地，涉及其中在正极和负极之间设置含有熔盐的分隔件的熔盐电池。

背景技术

通过太阳能、风力和其它自然能源来发电，由于其不释放二氧化碳，最近已得到了推动。然而，通过自然能发电的量受制于自然条件例如气候和天气。此外，由于难以调节发电量以满足需求，因此需要电负载均衡。因此，经由充电和放电而均衡产生的电能需要高能量密度、高效率和高容量存储的电池。使用熔盐电解质以满足此类需求的熔盐电池已经引起关注。

熔盐电池包括发电元件，该发电元件例如由正极、负极和分隔件组成，在正极中集电体含有钠化合物粒子活性材料，在负极中集电体镀有金属例如锡，分隔件浸渗有熔盐，其中所述熔盐由碱金属阳离子例如钠或钾和含氟阴离子所组成。所述分隔件设置在正极和负极之间。在这样的熔盐中，阳离子的自由离子密度比锂离子电池用无水（基于油的）电解质中的阳离子自由离子密度高出数个数量级。因此，可以增加正极和负极活性材料的厚度以实现更高的容量。

钠-硫电池已经经历了多次尝试以增大电池尺寸并因此提高电池的容量（例如，见专利文件1）。还有，专利文件2公开了堆叠板型钠-硫电池以提供空间节约堆叠型熔盐电池的技术。

另一方面，要求电解导电率低的锂离子电池具有大面积的正极和负极以收集较大的电流。为此原因，其中在正极和负极之间缠绕有分隔件的卷绕形式是常见的，在这样的形式中，已知薄电极形式是有效的，在薄电极形式中将活性材料施加至由薄金属箔组成的集电体。例如，专利文件3公开了一种高功率并且高能量密度的无水二次电池，其使用了厚度为1至100μm的铝箔。

现有技术文件

专利文件1：特开2004-253289号公报

专利文件2：特开2004-103422号公报

专利文件3：特开昭60-253157号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，和使用液体硫作为正极活性材料的钠-硫电池不同，在特别是使用固体作为正极活性材料的熔盐电池中，阳离子更不可能深度扩散至正极活性材料中。因此，存在对增加电极厚度的限制，其中难以应用专利文件1中公开的尺寸增大技术。在专利文件2中公开的技术需要用于各电池的单独的电池容器，这当然限制了空间节约。此外，在专利文件3中公开的技术在容纳长方体电池容器中的卷绕电极的情形中，表现出较低的容纳效率，并且卷绕含有特定活性材料的正极的方法自身也存在问题。

因此，本发明的目的是提供高容量并且高能量密度的熔盐电池。

解决所述技术问题的技术方案

为实现上述目的，并且根据本发明的第一方面，提供了包括正极、负极和分隔件的熔盐电池，所述分隔件含有熔盐，并被设置在所述正极与负极之间。所述分隔件、所述正极和所述负极中分别为多个分隔件、多个正极和多个负极。所述正极和所述负极交替堆叠。所述正极以并联的方式彼此连接，并且所述负极以并联的方式彼此连接。

在这种情况下，变薄的正极和负极交替堆叠，从而具有较大的单位体积表面积。因此，即使充电/放电时间率高，也不能降低容量密度。此外，堆叠的正极以并联的方式彼此连接，并且所述负极以并联的方式彼此连接，这在不改变电池电压的情况下实现了增加的电池容量。

各个所述熔盐电池的正极具有优选0.1mm至5mm的厚度。在这种情况下，如果正极数量和厚度的乘积是恒定的，则当充电/放电时间率低于约0.1C时，容量密度变化与所述正极厚度变化之比可大体保持在1.5至2.5的范围内，下文将予以描述。

各个所述熔盐电池的正极具有优选0.5mm至2mm的厚度。如果正极的厚度低于0.5mm，则容量密度的增加达到最高，然而电极数量的增加导致了其它缺点。另一方面，如果正极的厚度大于2mm，则需要将充电/放电时间率降低至低于0.5C。

所述熔盐电池的各个分隔件优选形成为袋状，并且优选分隔件中容纳有所述正极中的一个正极。在这种情况下，由于正极容纳于各个袋状分隔件中，因此即使当堆叠的正极和负极在与堆叠方向交叉的方向上未对齐时，所述正极也与所述负极可靠地隔开。此外，当正极和负极一起容纳于电池容器中时，并且即使当在由导体组成的电池容器和负极之间可以设置传导时，也防止了在所述正极和负极之间经由电池容器而短路。