[发明专利]一种大容量锂硫液流电池及其电极的制备方法有效

专利信息
申请号: 201310638320.5 申请日: 2013-12-02
公开(公告)号: CN103618094A 公开(公告)日: 2014-03-05
发明(设计)人: 李洲鹏;蔡文龙;刘宾虹 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: H01M4/96 分类号: H01M4/96;H01M4/88
代理公司: 杭州中成专利事务所有限公司 33212 代理人: 周世骏
地址: 310027 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 容量 锂硫液 流电 及其 电极 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种大功率锂硫液流电极的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

步骤A:取碳源材料并加热至100~150℃至液态,再将泡沫镍浸入液态的碳源材料中,然后在泡沫镍两端串联上变阻箱和电源,通电即进行自加热,变阻箱用于通过控制电流大小,进而控制泡沫镍的温度;当泡沫镍温度达到碳源材料的碳化温度,碳源材料在泡沫镍的内表面发生碳化形成碳包覆层;所述碳源材料是分子量小于或等于10000的聚合物、高级脂肪醇或者高级脂肪酸;

步骤B:将步骤A中制得的具有碳包覆层的泡沫镍置于马弗炉中,在惰性气体保护下,在800~1000℃下煅烧5~10小时,在泡沫镍的镍界面处形成Ni3C,制得的泡沫镍即作为锂硫液流电池的负极;

步骤C:将胶体硫溶于水中形成胶体溶液,然后将胶体溶液涂布于泡沫镍,使Ni和S的质量比为100~1000:1,阴干后置于真空石英管内加热至900℃,反应6小时后,泡沫镍包覆有硫化镍,制得的泡沫镍即作为锂硫液流电池的正极。

2.根据权利要求1所述的一种大功率锂硫液流电极的制备方法,其特征在于,步骤A中,分子量小于或等于10000的聚合物采用分子量小于或等于10000的聚乙二醇、聚丙烯酸,高级脂肪醇采用十八醇C18H37OH,高级脂肪酸采用硬脂酸C17H35COOH。

3.根据权利要求1所述的一种大功率锂硫液流电极的制备方法,其特征在于,所述步骤A中形成的泡沫镍碳包覆层的厚度为0.1~1微米。

4.根据权利要求1所述的一种大功率锂硫液流电极的制备方法,其特征在于,所述步骤B中的惰性气体采用氩气或者氮气。

5.基于权利要求1所制得的锂硫液流电极制备的大容量锂硫液流电池,其特征在于,所述大容量锂硫液流电池包括依次连接的刻有流路的正极板、正极、隔膜、负极和刻有流路的负极板,以及正极液和负极液;所述隔膜为微孔聚丙烯薄膜,用于隔开正极和负极,正极采用步骤C中制得的正极,负极采用步骤B中制得的负极;正极板上设有正极液体导入管和正极液体导出管,正极液通过正极液体导入管、正极板上的流路和正极液体导出管进行流动,并渗入正极发生电化学反应;负极板上设有负极液体导入管和负极液体导出管,负极液通过负极液体导入管、负极板上的流路和负极液体导出管进行流动,并渗入负极发生电化学反应;

正极液是指电解液中混有硫化锂粉末形成的悬浊液,负极液是指电解液中混有铝粉形成的悬浊液;电解液的溶质是LiPF6,电解液的溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和二硫化碳的混和物;其中LiPF6的浓度为1摩尔/升,碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、二硫化碳的体积比为1:1:1:1,且这里的二硫化碳能替换成四氯化碳或者环己烷。

6.根据权利要求5所述的一种大容量锂硫液流电池,其特征在于,所述大容量锂硫液流电池中,正极和隔膜之间还设有正极密封圈,隔膜和负极之间还设有负极密封圈,正极密封圈和负极密封圈都是氟橡胶制成的密封圈。

7.根据权利要求5所述的一种大容量锂硫液流电池,其特征在于,所述正极液中的硫化锂粉末为1~50微米。

8.根据权利要求5所述的一种大容量锂硫液流电池,其特征在于,所述负极液中的铝粉为1~50微米。

9.基于权利要求5所述的大容量锂硫液流电池的控制方法,其特征在于,对大容量锂硫液流电池进行充电时,首先正极侧在硫化镍的催化作用下,硫化锂发生电化学氧化形成S8:8Li2S=16Li++S8+16e,S8溶于电解液,Li+则穿过隔膜到达负极,在负极的碳层形成LiC6:C6+Li++e=LiC6,然后Li+在负极上LiC6的催化作用下发生电化学还原反应形成AlLi合金粉末:Al+Li++e=AlLi,AlLi进一步充电得到Li9Al4:4AlLi+5Li++5e=Li9Al4;对大容量锂硫液流电池进行放电时,在正极和负极分别发生上述反应的逆反应,实现发电,其电池反应为:16Li9Al4+9S8=64Al+72Li2S。

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