[发明专利]包含离子液体电解质的钠电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料领域，涉及钠电池，具体涉及一种基于离子液体电解质的钠-氯化物电池及其制备技术。更具体地说本发明揭示了一种可作为钠-氯化物电池第二相电解质的离子液体及其制备技术，其特点是具有高离子电导率、高化学稳定性和热稳定性、极低的挥发性和优良的粘温性能，制备工艺简单，环境友好等，属于电化学储能领域。

背景技术

钠-氯化物电池（ZEBRA电池）是80年代中期以来研究开发的一种新型高能量电动车用电池，最早由南非ZEBRA Power Systems Ltd的Dr.Coetyer J发明。目前，德国AEGAngto Battery GmbH及美国的Beta R and D Ltd都进行开发，前者多次在国际电动车会议上（EVS）进行介绍，后者已成为ZEBRA电池的研究开发中心并已进行中试生产和工业化设计。与钠硫电池相比，其负极和电解质都一样，不同的是正极由分散在NaAlCl₄熔盐电解质中的固态Ni和NiCl₂构成，取代了钠硫电池中的液态S和多硫化钠。其性能除具有钠硫电池相同的高能量密度，高转换效率，无自放电等特点外，还具有比钠硫电池更高的开路电压(2.58V)，较宽的工作温度范围(270℃～350℃)，并在制造过程中免除了液态钠的操作麻烦（电池装配时是放电态NaCl），提高了安全可靠性。尽管如此，Zebra电池的发展相对钠硫电池还是缓慢了一些，其关键原因在于熔融状态下，酸性第二相电解质NaAlCl₄能溶解NiCl₂，使得Ni²⁺与β″-Al₂O₃固体电解质中Na⁺发生交换，导致β″-Al₂O₃不稳定，并降低了电导率。（J.Prakash,L.Redey,and D.R.Vissers，Journal of Power Sources,84,(1999),63–69）由于NaAlCl₄亲电性较强，对水、金属、氧化物、盐都有较强的溶解性，操作不方便，且当金属钠与NaAlCl₄直接接触将发生化学反应，生成铝和氯化钠，将导致电池过度放电，内阻增加，循环效率降低。(C.H.Dustmann,Journal of Power Sources,127,(2004),p.85-92;K.Kronsbein,“Investigatio and Modeling of the ZEBRA System to Optimize State of Charge Detection”,Thesis,Institut fur Werkstoffe der Elektrotechnik,Karlsruhe Institue für Technologie,May(2004).)因此，改进正极第二相电解质对钠-氯化物电池实现产业化至关重要。