[发明专利]制备可熔融电解质的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及电解质的制备，尤其是，涉及一种制备可熔融电解质的方法及其装置。

背景技术

随着经济和社会的发展，大规模储能在有效利用可再生能源和电网的负载均衡方面，尤其对于大城市或乡村，有着越来越紧急的需求。各种类型的物理和化学的储能技术被研究，但是衡量有前景的储能技术有多项需要考虑的标准，例如有效寿命、能量和功率密度、自放电率、对环境的影响、循环效率、容量成本、倍率性能和技术的成熟度等。

在所有的化学储能技术中，包括钠-氯化镍电池（亦称ZEBRA电池）在内的中温可逆钠电池由于其高的理论比能量（例如，ZEBRA电池为790 Wh kg^-1）、长寿命、高的转化效率，好的循环稳定性和倍率性能以及低的制备和维护成本等特性，成为一种很有前景的大规模静态储能技术。

此外，钠电池采用β″-氧化铝陶瓷作为固体电解质，NaAlCl₄等中温钠离子导体作为第二相（液相）电解质，稳定性好，而且是一种全密封电池，在运行过程中无任何气体释放，因而对环境友好，有很好的实用性和推广性。

然而，钠电池的大规模的商用仍面临一些实际的问题需要解决，例如钠电池中第二相电解质的高效制备是影响电池成本和实际应用的一个关键因素。钠电池中的第二相熔盐电解质，以NaAlCl₄为例，通常是在真空或保护气氛中通过无水氯化钠和三氯化铝以一定比例在约200℃的温度下反应合成所得。一个典型的例子是将50.3 mol%三氯化铝和49.7mol%氯化钠混合盐装入玻璃管中，抽真空密封。将温度控制在200℃左右，驱动载料玻璃管移动进行区域熔炼，使反应均匀（《稀有金属材料与工程》，1994，23（6），32-35）。整个区域熔炼过程大约需要两周时间。这样的合成方法效率低，耗时长，难以连续化。

目前较新的合成技术包括机械选择法和挤出法等（例如，美国专利US6,824,702和美国专利US6,767,665），但是这些方法都需要在电机上消耗许多能量，而且对制备气氛环境的控制力不足。

因此，迫切需要开发出一种简单、高效、低成本、可规模化实施的制备诸如钠电池中第二相熔盐电解质的可熔融电解质的方法。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备可熔融电解质的方法及其装置，该方法及其相应装置具有耗时少、均匀度高和可连续制备等特点。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种制备可熔融电解质的方法，包括：以规定的比例将各种原料混合后加热到规定的合成温度以进行预合成；将经过预合成后得到的产物以一定速度经过预加热的回转区进一步进行反应以得到所需的可熔融电解质；以及所述方法的整个过程在规定的反应环境气氛下进行。

根据本发明，将制备可熔融电解质所需的各种原料合后加热到规定的合成温度以进行预合成，并且，将经过预合成后得到的产物以一定速度经过预加热的回转区进一步进行反应。由此，预合成后的产物经过预加热的回转区后连续充分合成，从而减少反应耗时；且该回转式反应模式使得原料得以混合均匀，得到纯相的产物。且本发明的制备可熔融电解质的方法简单易行，成本较低，且对于原料的选择性强。适用于制备需在特殊气氛条件下合成的熔盐及其混合物等多种样品。

又，在本发明中，所述可熔融电解质可以为用于钠电池中的第二相电解质，所述钠电池包括金属钠制成的负极和金属卤化物制成的正极。优选地，所述钠电池包括钠-氯化镍电池、钠-氯化铁电池或钠-氯化锌电池。

根据本发明，该制备可熔融电解质的方法尤其可有效地应用于制备钠电池中的第二相电解质。由此，可通过本发明简单、高效、低成本、可规模化地制备钠电池中的第二相电解质，从而有利于降低钠电池成本，使其具有大规模商用的基础。

并且，所述第二相可以选自液相或具备流动性的固相。该第二相选自液相或具备流动性的固相，优选流动性好的固相，可以提高正极材料中的离子或电子电导率。

又，在本发明中，所述可熔融电解质可以为离子导体熔盐及其混合物或离子和电子混合导体熔盐。根据本发明，可以提供离子或电子的快速传导通道。

又，在本发明中，所述原料可以是固态、液态或气态的形式，进行所述预合成的温度范围或对所述回转区预加热的温度范围分别为100-1000℃。

根据本发明，上述温度范围可以为进行反应的区域的材料能承受的温度范围，在本发明中，该温度范围为100-1000℃，视所制备的产物所需的合成温度而定。