[发明专利]耐热电池及其充放电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热电池及其充放电方法，所述电池可以在例如120℃以上且300℃以下的温度范围内的加热条件下使用。

背景技术

近年来，注意力已经指向用于将自然能如太阳光和风能转化为电能的技术。另外，对作为能够存储大量电能的高能量密度电池的非水电解质二次电池的需求已经在增长。在非水电解质二次电池中，锂离子二次电池因其轻质及高电动势而是有前途的。然而，难以在高温例如80℃以上持续使用锂离子二次电池。此外，锂源的成本正在增加。因此，开发工作已经针对作为耐热电池的钠离子二次电池，其甚至可以在高温环境下稳定地充放电。例如，设置在高温炉(电炉)中的传感器的使用环境中的温度在120～300℃的温度范围内。因此用作这种传感器的电源的电池需要与传感器的电源一样耐热。

在钠离子二次电池中，使用钠离子传导性电解质。考虑到使用电池的高温环境，电解质还需要是耐热的。因此，作为具有高耐热性及低熔点的电解质，已经开发了双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSA)和双(氟磺酰)亚胺钾(KFSA)的混合物。此外，已经提出了有机阳离子与磺酰阴离子的盐、有机阳离子与氟硼酸阴离子的盐等(专利文献1)。

引用列表

[专利文献]

专利文献1：日本特开2006-196390号公报

发明内容

技术问题

然而，常规钠离子二次电池确实在高于锂离子二次电池的工作温度范围的温度范围内工作，但所假设的工作温度为约100℃。因此，难以在例如120℃～300℃的更高温度范围内～长期使用常规钠离子二次电池。

此外，即使电解质在300℃以下的温度下不引起热解，当电池在高温度范围内重复充放电时，熔融状态(在下文中，熔融状态的盐也称作离子液体(熔融盐))的电解质也有可能引起与电池中含有的各种成分的副反应。例如，在电池充放电期间，即使在离子液体的热解温度以下，也可在正极或负极的表面上分别发生电解质的氧化分解和还原分解。作为副反应的结果，电解质和在电池中的其它成分进行降解，从而导致电池循环特性的劣化。

技术方案

鉴于前述，本发明的一个方面涉及一种耐热电池，其包含：

正极，所述正极包含正极集电器和固定于所述正极集电器上的正极活性材料，其中所述正极活性材料包含能够电化学地储藏和释放钠离子的含钠的过渡金属化合物，

负极，所述负极包含负极集电器和固定于所述负极集电器上的负极活性材料，其中所述负极活性材料包含选自含钠的钛化合物和非石墨化碳(硬碳)中的至少一种，含钠的钛化合物和非石墨化碳各自能够在比含钠的过渡金属化合物的电位更低的电位下储藏和释放钠离子，以及

至少设置在正极和负极之间的钠离子传导性电解质，其中所述钠离子传导性电解质包含具有吡咯烷骨架的有机阳离子和双(全氟烷基磺酰)亚胺阴离子的盐。

上述耐热电池适合在例如120℃以上且300℃以下的温度范围内使用。

可以进一步将隔膜设置在正极和负极之间。隔膜优选由选自玻璃纤维和聚亚硫酸亚苯酯(PSS)中的至少一种形成。

正极可以包含粘合正极集电器上的正极活性材料的第一耐热粘合剂，负极可以包含粘合负极集电器上的负极活性材料的第二耐热粘合剂。第一耐热粘合剂和第二耐热粘合剂各自独立地包含选自聚酰胺、聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺中的至少一种。

本发明的另一个方面涉及一种充放电方法，其包括在120℃以上且300℃以下的温度范围内的加热条件下对上述耐热电池进行充放电的步骤。

有益效果

根据本发明的耐热电池，至少以组合方式对电解质和电极材料进行选择以使得即使在高温环境下也将不容易发生副反应。因此，即使在高温环境下也可以稳定地实施充放电。本发明的耐热电池即使在例如120℃～300℃的较高温度范围内使用期间也可以实现优异的循环特性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的正极的前视图。

图2是沿图1的线II-II取的横截面图。

图3是根据本发明的一个实施方式的负极的前视图。

图4是沿图3的线IV-IV取的横截面图。

图5是根据本发明的一个实施方式的耐热电池的其中一部分电池盒被切掉的透视图。

图6是示意性示出沿图5的线VI-VI取的横截面图的垂直横截面图。

图7是示出实施例1的耐热电池的第1次循环和第100次循环各自的充放电曲线的图。