[发明专利]一种高能量密度固体钒电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造, 特别是一种低成本、高能量密度固体钒电池的制备，所制备的固体钒电池具有比较高的质量比能量，不仅可以应用于传统的储能系统，更可以应用于动力汽车及其他移动电源。

背景技术

随着人们对环境问题的日益关注和全球普遍面临的能源紧张困境，能源材料的研究一直成为材料科学的前沿和热点，全钒液流电池自1985年澳大利亚新兰威尔士大学M. Skyllas-kazacos提出以来，因其具有能量效率较高、蓄电容量大、蓄电容量便于调节、活性物质寿命长、可超深度放电（98％）而不引起电池的不可逆损伤、系统选址自由（受设置场地限制小）、建设周期短、运行和维护费用低等优点而成为大规模电能储存的首选技术之一。故此，澳大利亚、加拿大、日本、中国等都已投入巨资进行钒电池的商业化研究。近年来，日本住友电工、三菱等公司已经先后开发了十余座全钒液流电池储能系统。由于全钒液流电池在削峰填谷、偏远地区供电、军用紧急电源备用、以及与风能、太阳能等间歇性可再生能源相配套的储能系统等领域具体广泛的应用前景，故此中国北京普能世纪有限公司在2008年收购了加拿大VRB钒电池公司，从此开始了钒电池在中国的产业化进程。在基于加拿大全钒液流电池技术的基础上，北京普能世纪有限公司在国家政策的大力支持下，现正在着手建立2 MW × 4 h的全球最大规模的储能系统，（目前500 kW 的钒电池系统已在运行之中），这个项目的实施，对推动我国能源行业的产品结构调整，提高产品的技术含量和市场竞争力，促进电源技术和电池产品的升级换代，打破国外品牌对国内市场的垄断，具有重要的现实意义和示范带动作用。

钒电池是一种可以流动的电池，一般由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解液池用于盛放两种不同的电解液。每个电池单元由两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配有一个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元”输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。

虽然全钒液流电池的研究即将进入商业化研究阶段，能广泛的应用于静态储能系统，但澳大利亚新南威尔示大学M. Skyllas-kazacos指出：“由于其能量密度低(只有20 ~ 25 Wh kg^-1), 从而限制了全钒液流电池在动力汽车以及其他动力系统的应用”，于是提出了新的高能量密度（能量密度为35 ~ 50 Wh kg^-1）的钒溴液流电池，被称之为第二代钒电池，然而，溴具有很大的毒性，对隔膜的要求也很高，难以大规模的应用于市场，故此有必要研发一种新型的高能量密度钒电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中全钒液流电池能量密度低（20~25 Wh kg^-1），只能应用于静态大规模储能，不能运用于动力汽车及其他动力系统的不足之处，提供一种具有较高的质量比能量密度，组装方便，有利于大规模生产的高能量密度（能量密度为35 ~ 50 Wh kg^-1）固体钒电池的制备方法。