[发明专利]一种基于液态电极的硫-溴可充电电池及其应用

说明书

本发明涉及一种基于液态电极的硫‑溴可充电电池及其应用，电池包括：正极集流体、正极电解液腔、隔膜、负极电解液腔、负极集流体；其中正极电解液腔中充装有正极电解液，负极电解液腔中充装有负极电解液，依靠正负电极电解液中溶解的电化学活性物质可逆的电化学氧化还原反应而工作。为了提高其大规模储电的能力，该电池可进一步扩展为液流电池模式。将正、负极电解液腔通过输液管、恒流泵与正、负极储液罐相连，电池工作时，在泵的驱动下，从储液罐流入正、负极电解液腔，在集流体与电解液的界面上发生电化学氧化还原反应。本发明的硫–溴电池原料资源丰富，低毒性，性价比高；且电池制作工艺简单，工艺参数较易控制，重复性好。

技术领域

本发明属于电池及其应用领域，特别涉及一种基于液态电极的硫-溴可充电电池及其应用。

背景技术

随着能源问题的日趋严峻，在人类步入信息化社会的今天，面对新能源技术的飞速发展,为了满足移动电子、新能源电动汽车以及大容量储能系统在电网发展中的要求，发展具有高能量密度的二次电池体系变得十分迫切。与其他电池体系相比，由单质硫正极、金属锂负极构建的锂硫电池具有非常明显的优势。单质硫理论比容量高达1675mAh g^-1，并且硫价格低廉、储备资源丰富、对环境危害小，因此，锂硫电池已成为下一代高能量密度锂二次电池研究和开发的重点。但是现阶段锂硫电池的商业化发展遇到了诸多困难。硫电极充放电过程中所产生的中间产物长链多硫化锂(Li₂S_n，2n≤8)易溶于目前常用的有机电解液，并在正负极之间往返迁移和扩散，与活泼的金属锂发生化学寄生反应，造成活性物质的损耗、硫正极的坍塌及锂负极的腐蚀。因此，锂硫电池普遍表现出放电容量低、库伦效率低、循环性能差、及自放电率高的缺点。并且使用活泼的金属锂造成的潜在危险性也极大地限制了锂硫电池的发展。因此，可以有效利用硫的新型二次电池的发展迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于液态电极的硫-溴可充电电池及其应用，本发明解决了传统锂硫电池由于Li₂S_n的溶解和扩散所导致的放电容量低、库伦效率低、循环性能差及自放电率高的缺点，解决了传统锂-硫电池由于使用金属锂而导致的电池安全性低的问题，本发明工艺简单，工艺参数较易控制，重复性好，具有良好的应用前景。

本发明的一种基于液态电极的硫-溴可充电电池，所述电池包括：正极集流体、正极电解液腔、隔膜、负极电解液腔、负极集流体；其中正极电解液腔中充装有正极电解液，负极电解液腔中充装有负极电解液。

正极电解液腔中充装有溶解有溴化锂或溴及电解质的水溶液为正极电解液，负极电解液腔中充装有溶解有单质硫或硫化物及电解质的非水溶液为负极电解液。

正极电解液中具有电化学活性的正极材料为溴化锂LiBr、单质溴Br₂中的一种或两种。

正极电解液中的电解质为溴化物，优选为溴化钾；正极电解液所用溶剂为水。

正负极电解液中溶解的具有电化学活性的电极材料以及盐的浓度可以是不同浓度。

正极电解液中电化学活性的正极材料的浓度为(0n≤20mol L^-1)；电解质的浓度为(0n≤20mol L^-1)。

负极电解液中具有电化学活性的负极材料为单质硫S₈或多硫化锂Li₂S_n，其中2n≤8。

负极电解液中的电解质为高氯酸锂LiClO₄、六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI中的一种或几种；负极电解液所用溶剂为四氢呋喃THF、二硫化碳CS₂、甲苯中的一种或几种。