[发明专利]半液流锂硫电池

说明书

本发明所属技术领域：新能源

背景技术

能源、材料和信息技术是这个世界三大支柱，石油的广泛使用，使人类享受到快速、便捷的生活，使美国成为车轮上的国家，使用石油燃料燃烧产生的废气，使环境受到危害，人类呼吁降低污染、低碳环保的生活，使用电动汽车来取代传统的汽车，是人们美好的心愿，但是现在电动车使用的电池容量不足，价格昂贵，安全性差，充电时间长，使电动汽车的普及举步为艰，电动车的技术最关键是电池的技术，电池技术的成熟必将使电动车产业成熟。

电池是由阳极、阴极、电解液、隔膜等组成。

锂电池已经成为现代社会的便携能源，如果你有手机，MP3、笔记本电脑，那么你就已经有了锂电池，更有可能的是，你会有许多块锂电池。

但是，尽管锂电池很好，它们仍不能承担艰巨任务，驱动下一代电动汽车，问题在于锂电池的阳极材料，锂电池的阳极材料是锂，容量有限。

发明内容：

化学家许多年前就已经知道硫具有潜力，硫的理论比容量为1672mAh/g，但是，硫也有许多缺点，尤其在于硫不是理想的导体，除此之外，硫化物易于溶解，并且在许多电解液中会被冲走，与此同时，在放电过程中，硫易于膨胀而破碎。

硫具有多电子还原反应的电化学能力，且硫的相对原子质量较小，因此单质硫具有高达1672mA.h/g的理论比容量，锂硫电池的理论电池能量密度可达到2600Wh.Kg^-1，远远大于现阶段所使用的商业化二次电池，硫资源丰富且价格低廉，鉴于以上原因，锂硫电池在未来化学电源发展中具有应用优势，因此围绕锂硫电池及其关键材料的研究工作在受到广泛关注。

我综合了现在的锂硫电池和液流电池，甲醇直接燃料电池的一些优点，设计出半液流锂硫电池。半液流锂硫电池是以金属锂细粉末和电解液在金属铜(铝)箱中作为阴极，单质硫或者硫基复合材料粉末和电解液在金属铜(铝)箱中作为阳极的二次电池，其理论能量密度为2600wh.kg^-1，实际理论能量密度，目前能达到300wh.kg^-1，未来几年内，有可能提高到600wh.kg^-1左右，被认为是目前最具吸引力的二次电池体系之一，硫基阳极，无论单质硫电极本身，还是在使用过程中，单质硫电极材料本身不含氧，不会有氧析出，(1)单质硫，单质硫主要以游离态广泛存在于自然界中，属于尚未充分利用的资源，常温下，单质硫主要以S₈的形态存在，应用于电池时，假设放电过程中，每个硫原子的电子转移数为2，则S₈的理论比容量为1672mAh.g^-1，理论放电电压为2.287v，则理论能量密度为3823Wh.kg，是目前已知除氧气以外，能量密度最高的二次电池的阳极材料。半液流锂硫电池的阳极材料可以使用单质硫，无机硫，或有机硫材料来作为阳极，因为是半液流电池，所以不使用集电极板，阳极材料不涂在极板上，而是在金属箱体或金属管中形成阳极，锂阴极材料不涂在极板上，而是在金属箱体或金属管中形成阴极。

阳极、阴极活性物质微粒和电解液溶液混合，并储存在两个储液罐中，电池工作时，阳极、阴极电解质在泵的驱动下，从储液罐流入电堆，在电极上发生氧化-还原反应，然后流出电堆返回储液罐，通过电解质溶液在电堆中的循环流动，完成电能与化学能的相互转换，实现储能和供电。

附图说明

附图是半液流锂电池的一种结构示意图。

附图中1、阳极电解液储液罐2、阴极电解液储液罐3、阳极电解混合液4、阴极电解混合液5、阳极6、阴极7、隔膜8、阳极电解混合液恒流泵9、阴极电解混合液恒流泵10、电堆11、电源或负载12、输液管

实施方式

阳极材料制备

实施方式1：单质硫，乙炔黑在使用前分别在60℃和120℃真空干燥12h，按m(单质硫)∶m(乙炔黑)∶m(聚四氟乙烯，PTFE60％乳液)＝7∶2∶1的比例制备阳极材料，先把单质硫与乙炔黑混合研磨2h，使单质硫与乙炔黑混合均匀，无水乙醇作为溶剂，先把PTFE溶于无水乙醇中加量比为1gPTFE加20ml无水乙醇，混合均匀后迅速倒入硫和乙炔黑的混合粉末中，搅拌均匀后，得到的混合物在70℃真空干燥12h蒸去无水乙醇，得到黑色块状物。

实施方式2：单质硫-活性炭复合阳极材料制备