[发明专利]制备和使用电极组合物的方法和制品

说明书

发明背景

本公开总的涉及电极组合物。在具体实施方案中，本公开涉及制备和使用阴极材料所用组合物的方法。本公开还包括利用此阴极材料的能量储存装置。

金属卤化物(Mx)电池可用于很多能量储存应用。这些电池包括用于在电池工作期间使电子移动的负极(阳极)和正极(阴极)两者。镍为正极的一般组分。例如，目前的钠金属卤化物电池使用操作电池不需要但保持填充密度需要的显著量的镍。在这些情况下，镍用来产生结构和导电性，但一般使用的整个量对于操作电池是不需要的。

本领域对于具有较低制造成本的高性能金属卤化物电池继续存在增长中的需求。为实现这一点，先前的尝试已利用网状碳泡沫和网(mesh)。然而，这些材料通常不允许跨阴极均匀分布。另外，它们通常比它们试图代替的镍更昂贵。将这些材料引入阴极的方法对于进入商业大规模操作可能很艰难。

因此，可期望有一种保持电池性能但能够相对于那些目前可用的材料减少成本的电极材料。

发明内容

第一方面，本公开提供一种阴极组合物。该阴极组合物包含至少一种电活性金属、至少一种碱金属卤化物和炭黑的颗粒。包含这种阴极组合物的能量储存装置构成本发明的另一个实施方案。包含这种阴极组合物的制品构成本发明的另一个实施方案。该制品可以为能量储存装置或不间断电源(UPS)装置。

第二方面，本公开提供一种形成阴极材料的方法。所述方法包含以下步骤：

a)提供包含至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的粉末；

b)将炭黑混入粉末，使得炭黑变得散布于粉末内，以形成非附聚混合物；和

c)从混合物形成颗粒。

第三方面，本公开提供一种能量储存装置。所述装置包含：

a)包含碱金属的第一负极室；

b)负极集电器；

c)包含正极组合物的第二室，该正极组合物自身包括由至少一种电活性金属、至少一种碱金属卤化物和炭黑组成的颗粒；

d)正极集电器；和

e)固体分离器，所述固体分离器能够在第一室和第二室之间输送碱金属离子。

此装置可经多个循环再充电。包含多个这种可再充电能量储存装置的能量储存电池构成本发明的另一个实施方案。

第四方面，本公开提供一种制备能量储存装置的方法。该方法包含：

a)提供正极和负极，所述正极和负极通过分离器相互离子连接，并且能够在连接时电化反应；

b)将导电电解质提供到至少正极；和

c)提供用于分别连接到正极和负极的正集电器和负集电器，以将从电化反应得到的电流引到期望位置。

此实施方案的正极包含至少一种电活性金属、至少一种碱金属卤化物和炭黑的颗粒。

由本公开的不同方面的以下详细描述并结合附图，本公开的这些和其它目的、特征和优势将变得显而易见。

附图简述

图1描绘用于本公开的实施方案的电化学电池的示意性截面图。

图2描绘将对照电池的再充电时间与本公开的实施方案相比的曲线图。

发明详述

以下提出的各实施方案促进解释本公开的某些方面，不应解释为限制本公开的范围。另外，本文在整个说明书和权利要求中所用的近似语言可用于修饰任何定量表达，这些表达可容许改变，而不引起所涉及的基本功能的改变。因此，由术语例如“约”修饰的数值不限于所指定的精确值。在某些情况下，近似语言可相当于用于测量数值的仪器的精确度。

在以下说明书和权利要求中，除非上下文另外清楚地指明，单数形式“一”和“所述”包括复数个讨论对象。本文所用术语“可”和“可以为”表示在一组情况内发生、具有指定性质、特性或功能的可能性，和/或通过表达与被修饰动词相关的一个或多个能力、性能或可能性来修饰另一个动词。因此，“可”和“可以为”的使用表示被修饰的术语明显恰当、能够或适合指定的能力、功能或使用，尽管考虑在某些情况下，被修饰的术语可能有时并不恰当、能够或适合。

如以下详细讨论，本公开的一些实施方案提供一种阴极组合物，所述阴极组合物由至少一种电活性金属、至少一种碱金属卤化物和炭黑的颗粒组成。本公开通过以下来起作用：配制阴极以包括一定量炭黑(一种导电、相对廉价的材料)，而不是完全最初量的电活性金属。这种炭黑的加入允许保持阴极/基质的界面面积，同时减少所需电活性金属的量。这些实施方案允许通过使用便宜得多的材料达到相同目标而更加成本有效地利用阴极的电池的操作。