[其他]电化学电池

说明书

本发明涉及一种制造电化学电池的方法。本发明也涉及高温电化学电池的原产品。

按本发明的第一方面，兹提供了制造这样一种类型电化学电池的方法，该类型电池有一个于电池工作温度下及当电池处于放电状态时容纳熔融碱金属阳极的阳极室以及一个于工作温度和放电状态下容纳一种卤化铝碱金属的金属盐电解质的阴极室，该电解质在工作温度下也是熔融的，其分子式为MAlHal₄，式中M为阳极碱金属，而Hal为卤离子，阴极室还容有一个阴极，该阴极有一个可渗透电解质的电子导电基体，该基体中分散有选自Fe、Ni、Co、Cr、Mn及其混合物的过渡金属T阴极活性物质，该基体浸渍有所述的电解质，并且有隔膜将阳极与阴极室隔开，该隔膜包括一种阳极碱金属离子的固态导体或一种小分子筛，该分子筛含有吸着于其中的所述碱金属，该制造方法包括，在容有被碱金属M离子固态导体或其中吸着了碱金属M的小分子筛所组成隔膜隔开的阳极室和阴极室的电池壳体内阴极室中装入

一种卤化铝碱金属熔盐电解质，其分子式为MAlHal₄，式中M为隔膜的碱金属，而Hal为卤离子;

一种碱金属卤化物MHal，式中M和Hal分别同熔盐电解质中的碱金属和卤离子;

铝;以及

一种阴极活性物质，该物质选自Fe、Ni、Co、Cr、Mn以其混合物的过渡金属T来制造电化学电池原产品，在该原产品中，当在熔盐电解质和碱金属M均熔融的温度下充电时，铝与碱金属卤化物发生反应，产生另外的所述熔盐电解质并形成所述的碱金属M，碱金属M透过隔膜进入阳极室;并且

在所有的铝均已与碱金属卤化物反应，使电池处于放电状态之后，阴极活性物质被卤化，同时产生新的碱金属M并透过隔膜进入阳极室，装入阴极室中的碱金属卤化物MHal、熔盐电解质及铝的比例选择得使电池完全充电及所有的有效阴极活性物质均已卤化时，电解质中碱金属离子与铝离子的比例使阴极活性物质在熔融电解质中的溶解度处于或接近最小值。

在所述的充电过程中，阴极室内发生下列反应：

可用全反应式示之：

电解质中碱金属离子和铝离子的摩尔比以不小于1为佳，以获得所述的最小溶解度。

因此，本方法涉及铝和碱金属卤化物原始材料的消耗及阴极室中附加MAlHal₄的形成，以及过剩的碱金属迁入阳极室。所谓“过剩的碱金属”是指多于满足电池中产生正常电化学放电反应

所需的碱金属，式中T为过渡金属。

所以，按本发明方法所制造的电化学电池起初可在其阳极室内不含碱金属。换言之，可以制成全放电态的电池。

此外，在使用中，也即在电化学电池经至少一次充电循环以后，极为理想的往往是，电池能够进行明显程度的过放电。在按本发明方法所制电化学电池的情况下，过放电时阳极室中一些过剩的碱金属透过隔膜进入阴极室。因此，过剩的碱金属可以保证，在使电池过放电时，其阳极室不会达到变“干”，即不含碱金属或阳极受限制的潜在危险。这可能导致在过放电及/或在随后的充电周期过程中，由于高电流密度被施加到隔膜的某些部位上而使隔膜损坏。

例如，当把许多个这样的电池连接成一个电池组时，可能出现过放电。在电池之间通常出现一定程度的容量不匹配，在电池进行充电/放电循环时，不匹配情况可能加剧。当电池组按照平均的电池工作特性循环时，至少有些电池会达到过放电状态。

本方法还可以包括用锌来取代部分铝，作为主掺杂剂。可添加足量的锌来取代使电池处于放电状态所需的铝，如前所述，一般至多约10%的电池中铝可为锌所取代。换言之，可以提供足够的锌，使锌在充电至放电时按照类似于反应式（1）和（2）所进行的反应，在阳极室提供初始的引发量钠，同时在阴极室提供铝，然后，在电池于全充电和全放电状态之间进行正常充、放电的过程中，按上述反应式（1）和（2）进一步反应。