CN103181020B - 熔融盐电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种熔融盐电池，其中通过使用不太可能造成铝的腐蚀的电解质而提高所述熔融盐电池的循环寿命。在本发明的熔融盐电池中，将在由熔融盐构成的电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.1％重量以下，优选0.01％重量以下。由于在电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度低，因此抑制了由铝构成的电极集电体的腐蚀，且提高了熔融盐电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及到一种使用熔融盐作为电解质的熔融盐电池。
背景技术
近年来，自然能源如太阳光或风力的使用日益增多。当使用自然能源来发电时，所产生的电量易于变化。因此，为了供给所产生的电能，必须通过使用蓄电池充电/放电来将电力供给平均化。因此，为了促进自然能源的使用，绝对需要具有高能量密度和高效率的蓄电池。这种蓄电池的一个实例是在专利文献1中公开的钠硫电池。具有高密度和高效率的蓄电池的其他实例包括熔融盐电池。
熔融盐电池是其中将熔融盐用作电解质的电池，且其在熔融盐熔融的状态下运行。熔融盐电池的运行温度保持在等于或高于熔融盐熔点的温度下，且通常，高于其他电池如锂离子电池的运行温度。在常规锂离子电池中，将铝箔用作正极的集电体，将铜箔用作负极的集电体，并在各集电体上负载各电极的活性物质。在熔融盐电池中，在很多情况下将铝用作两个电极的集电体材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-273297号公报
发明内容
发明要解决的问题
当在电池的电解质中含有铁或镍的离子时，存在与电解质接触的铝集电体会受到腐蚀的可能性。在锂离子电池中，铝的腐蚀不是主要问题。然而，在运行温度高于锂离子电池且其中将铝集电体用于两个电极的熔融盐电池中，存在集电体可能因腐蚀而劣化的担忧。特别地，在发生其中在铝内部产生孔的孔蚀的情况下，集电体可能会破裂，且缩短了熔融盐电池的循环寿命。
在上述情况下完成了本发明。本发明的目的是提供一种熔融盐电池，其中通过使用不太可能造成铝的腐蚀的电解质而提高所述熔融盐电池的循环寿命。
解决问题的手段
根据本发明的熔融盐电池包括由铝构成的电极集电体和用作电解质的熔融盐，所述熔融盐电池的特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.1％重量以下。
在本发明中，通过将在熔融盐电池的电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.1％重量以下，抑制了由铝构成的电极集电体的腐蚀。
根据本发明的熔融盐电池的特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.05％重量以下。
此外，在本发明中，通过将在熔融盐电池的电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.05％重量以下，进一步抑制了由铝构成的电极集电体的腐蚀。
根据本发明的熔融盐电池的特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.01％重量以下。
此外，在本发明中，通过将在熔融盐电池的电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.01％重量以下，更进一步抑制了由铝构成的电极集电体的腐蚀。
发明的有益效果
根据本发明，抑制了由铝构成的电极集电体的腐蚀，且提高了熔融盐电池的循环寿命。由于提高了循环寿命，因此可重复使用熔融盐电池，且本发明显示优异的有益效果，诸如提高了熔融盐电池的实用性。
附图说明
图1是示出本发明熔融盐电池的构造的实例的示意性横截面图。
图2是示出其中发生了孔蚀的正极集电体的示意性横截面图。
图3是示出在熔融盐电池的电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度与熔融盐电池的循环寿命之间的关系的表。
具体实施方式
以下将参考示出本发明实施方式的图对本发明进行具体说明。
图1是示出本发明熔融盐电池的构造的实例的示意性横截面图。图1中示出了通过熔融盐电池纵向取得的示意性横截面图。熔融盐电池被构造为使得将正极1、隔片3和负极2并排布置在上面开口的长方体箱状电池壳51中，且电池壳51盖有盖构件52。电池壳51和盖构件52由铝构成。正极1和负极2各自以矩形平板状形成，且隔片3以片状形成。隔片3夹在正极1和负极2之间。正极1、隔片3和负极2堆叠且纵向布置在电池壳51的底面上。
由波板状金属片制成的弹簧41布置在负极2和电池壳51的内壁之间。弹簧41推动由铝合金构成的非柔性平板状压板42以将负极2压向隔片3和正极1。通过弹簧41的反作用，将正极1从弹簧41相反侧的内壁压向隔片3和负极2。弹簧41不限于金属弹簧等，且可以是弹性体如由橡胶制成的弹性体。当通过充电和放电使得正极1或负极2膨胀或收缩时，正极1或负极2的体积变化被弹簧41的膨胀和收缩吸收。
通过将含有正极活性物质的正极材料12如NaCrO2和粘合剂涂布到由铝构成的矩形板状正极集电体11上而形成正极1。应注意，正极活性物质不限于NaCrO2。通过利用含有负极活性物质如锡的负极材料22镀敷由铝构成的矩形板状负极集电体21而形成负极2。当利用负极材料22镀敷负极集电体21时，在进行其中通过镀敷形成锌底层的锌酸盐处理之后，进行镀锡。负极活性物质不限于锡，且例如，可利用金属钠、碳、硅或铟置换锡。例如，可通过在负极活性物质的粉末中并入粘合剂并将获得的混合物涂布到负极集电体21上而形成负极材料22。
隔片3由绝缘材料如硅酸盐玻璃或树脂构成，且被构造为使得可以在内部保持电解质且钠离子可通过其。隔片3例如由玻璃布或者形成为多孔状的树脂构成。
在电池壳51中，正极1的正极材料12和负极2的负极材料22被布置为彼此面对，且隔片3夹在正极1和负极2之间。隔片3浸渗有由熔融盐构成的电解质。浸渗在隔片3中的电解质与正极1的正极材料12和负极2的负极材料22接触。电池壳51的内表面具有通过利用绝缘树脂进行包覆等方法获得的绝缘结构以防止正极1和负极2之间的短路。用于外部连接的正极端子53和负极端子54设置在盖构件52的外部。正极端子53和负极端子54彼此绝缘，且面对电池壳51内部的盖构件52的一部分也通过绝缘膜等绝缘。正极集电体11的一端通过引线55连接至正极端子53，且负极集电体21的一端通过引线56连接至负极端子54。引线55和引线56与盖构件52绝缘。通过焊接将盖构件52盖在电池壳51上。
浸渗在隔片3中的电解质是在熔融状态下为导电液体的熔融盐。
在等于或高于熔融盐的熔点的温度下，熔融盐变成电解液，且熔融盐电池作为二次电池运行。为了降低熔点，优选通过混合多种熔融盐而制备电解质。例如，电解质是其中钠离子是阳离子且双(氟磺酰基)酰胺(FSA)是阴离子的NaFSA和其中钾离子是阳离子且FSA是阴离子的KFSA的混合盐。图1中示出的熔融盐电池的构造仅是示意性的。熔融盐电池可含有其他成分(未示出)如加热电池内部的加热器和温度传感器。图1示出了包括一对正极1和负极2的构造。然而，在本发明的熔融盐电池中，可使用其中多个正极1和多个负极2以其间夹有隔片3的方式交替堆叠的构造。
当电解质含有铁离子或镍离子时，与其接触的铝被腐蚀。即，与电解质接触的各自由铝构成的正极集电体11和负极集电体21被腐蚀。在正极集电体11和负极集电体21被整体均匀腐蚀的情况下，造成很少问题。然而，在发生其中在电极集电体的内部产生孔的孔蚀的情况下，正极集电体11和负极集电体21可能破裂。图2是示出其中发生了孔蚀的正极集电体11的示意性横截面图。在图2中，标号6表示孔蚀部分。随着腐蚀进行，孔蚀部分6从与电解质接触的部分向正极集电体11的内部延伸。在孔蚀已经在一定程度上延伸到正极集电体11的内部之后，在冲击时正极集电体11容易破裂。以相同的方式，在负极集电体21中也发生孔蚀。在熔融盐电池中，由于运行期间的内部温度高于其他电池如锂离子电池，因此容易发生孔蚀。在具有含有铁离子或镍离子的电解质的熔融盐电池中，正极集电体11和负极集电体21因发生腐蚀而劣化且容易破裂，并且缩短了循环寿命。因此，期望的是，在熔融盐中包含的铁离子和镍离子的浓度尽可能低。在本发明的熔融盐电池中，通过降低在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的浓度，提高了循环寿命。
图3是示出在熔融盐电池的电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度与熔融盐电池的循环寿命之间的关系的表。图3示出了通过测量其中调节了在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度的熔融盐电池的循环寿命而获得的结果。如图3中所示，当在电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.15％重量时，熔融盐电池的循环寿命为50个循环以下，且由此熔融盐电池的实用性低。为了通过将循环寿命设置为50个循环以上而提高熔融盐电池的实用性，必须将在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为至少0.1％重量以下。
此外，如图3中所示，当在电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.05％重量时，熔融盐电池的循环寿命为500至1000个循环。因此，为了通过将循环寿命设置为500至1000个循环以上而提高熔融盐电池的实用性，优选将在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.05％重量以下。此外，如图3中所示，当在电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.01％重量以下时，熔融盐电池的循环寿命为3000个循环以上。循环寿命为3000个循环以上的熔融盐电池具有足够的实用性。因此，为了通过将循环寿命设置为3000个循环以上而充分提高熔融盐电池的实用性，优选将在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.01％重量以下。从上述说明可清楚看出，通过将在电解质中作为杂质包含的铁离子和镍离子的总浓度设置为0.1％重量以下，优选0.01重量％以下，抑制了各自由铝构成的正极集电体11和负极集电体21的腐蚀，且提高了熔融盐电池的循环寿命。由于提高了循环寿命，因此可重复使用熔融盐电池，并且提高了熔融盐电池的实用性。
附图标记
1正极
11正极集电体
2负极
21负极集电体
3隔片
41弹簧
51电池壳
52盖构件
6孔蚀部分
Claims (3)
1.一种熔融盐电池，其包括由铝构成的电极集电体和用作电解质的熔融盐，所述熔融盐电池的特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.1％重量以下，并且所述电解质是其中钠离子是阳离子且双(氟磺酰基)酰胺即FSA是阴离子的NaFSA和其中钾离子是阳离子且FSA是阴离子的KFSA的混合盐。
2.根据权利要求1所述的熔融盐电池，其特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.05％重量以下。
3.根据权利要求2所述的熔融盐电池，其特征在于，在所述电解质中包含的铁离子和镍离子的总浓度为0.01％重量以下。
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