一种负极浆料及其制备方法和半固态悬浮液流电池技术

本发明专利技术公开了一种负极浆料及其制备方法和半固态悬浮液流电池，其负极浆料包括芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物、金属盐和有机溶剂；所述芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物是将芳香族碳氢化合物和导电添加剂通过加热处理得到；所述加热的温度≥芳香族碳氢化合物的熔点。本发明专利技术提供的负极浆料可以极大的提升液流电池的能量密度以及比体积容量。升液流电池的能量密度以及比体积容量。升液流电池的能量密度以及比体积容量。

【技术实现步骤摘要】
一种负极浆料及其制备方法和半固态悬浮液流电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种负极浆料及其制备方法和半固态悬浮液流电池。

技术介绍

[0002]氧化还原液流电池（RFB）是最有前景的储能技术之一。典型的液流电池由电池堆，外部储罐（正极和负极），流管和泵组成。传统液流电池的正负极材料均溶于电解液中并以液相的形式分别储存在正极和负极储罐中。电池堆内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时液态的正负极材料在泵的驱动下不断的在电池堆和储罐中循环。电池堆的大小决定了液流电池的功率密度，而储罐的体积决定了液流电池的容量。因此液流电池的功率高低与容量大小是解耦的，这也是液流电池相对于传统的固态电池的最大优势。
[0003]全钒液流电池（VRFB）是最成功的液流电池技术之一。在典型的全钒液流电池中，VO
2+
/VO
2+
和V
2+
/V
3+
分别作为阴极和阳极活性成分。由于其只使用了一种活性元素（钒），从而大大缓解了液流电池的穿梭效应而在全球广泛开发。除了全钒液流电池之外，基于其他金属离子的无机液流电池（如锌，铁，铬和卤素）也相继被研究报道。然而，由于这些金属离子的溶解度有限导致其能量密度较低。除此以外，金属和卤素盐高昂的价格和对环境的影响也都阻碍了无机液流电池在商业上的大规模应用。另一方面，由于液流电池的电极材料都是液态，导致其储能密度（<60 Wh L
‑1）远低于固态电极（锂离子电池约为300 Wh L
‑1）。为了提高电池电压，目前报道的高能量密度液流电池都采用了氧化还原电位低的碱金属作为固态负极。严格来讲，这种固态负极和液态/半固态悬浮正极构成的液流电池只能叫做半液流电池。碱金属负极的使用虽然可以提高电池的输出电压，但是却让负极失去了液流电池的功率/容量解耦的优势，不能灵活的扩容。除此以外，碱金属的化学性质活泼，在充放电过程中会生长枝晶，最终导致电池短路，大幅增加了电池系统的安全隐患。
[0004]因此开发安全、环保、成本低、能量密度高的可流动负极成为液流电池领域的研究热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一方面提出一种负极浆料，能够有效提高液流电池的能量密度和比体积容量。
[0006]本专利技术第二方面还提供一种负极浆料的制备方法。
[0007]本专利技术第三方面还提供一种半固态悬浮液流电池。
[0008]根据本专利技术的第一方面实施例提供的一种负极浆料，所述负极浆料包括芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物、金属盐和有机溶剂；所述芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物是将芳香族碳氢化合物和导电添加剂
通过加热处理得到；所述加热的温度≥芳香族碳氢化合物的熔点。
[0009]根据本专利技术实施例的负极浆料，至少具有如下有益效果：本专利技术提供的负极浆料可以极大的提升液流电池的能量密度以及增加其储存电荷的容量。本专利技术将其芳香族碳氢化合物与导电添加剂通过高温加热处理得到芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物，在超过熔点的高温下，固态的芳香族碳氢化合物液化，可以更好的吸附在导电添加剂的微结构中，形成均匀的复合物，增加复合物整体的导电性，并提高活性材料的利用率。然后将芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物与电解液一起制备成有机悬浮液流电池负极浆料。芳香族碳氢化合物在有机溶剂中具有较高的溶解度，因此液相中的芳香族碳氢化合物最终会达到饱和，过量的部分复合在导电添加剂的表面和微结构上以固相形式悬浮于电解液中。液相中芳香族碳氢化合物具有快速的反应动力学，而固相形式的芳香族碳氢化合物则能提供额外的容量，进而成倍提升了液流电池的能量密度和比体积容量。
[0010]另一方面，本专利技术将芳香族碳氢化合物和导电添加剂通过加热处理得到复合物溶解于有机溶剂中，能够极大提升芳香族碳氢化合物的摩尔浓度。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述加热的温度≤芳香族碳氢化合物的沸点。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述芳香族碳氢化合物的结构通式为C
n
H
2n
‑6，其中n≥6。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述芳香族碳氢化合物选自蒽、联苯、萘或菲中的至少一种。由此，当本专利技术的芳香族碳氢化合物选自上述化合物时，增加了单位碳氢化合物分子的电子转移数目，成倍提升了液流电池的能量密度。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述导电添加剂选自科琴黑，乙炔黑，Super P、Super S、导电炭黑、碳纤维或碳纳米管中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述芳香族碳氢化合物和所述导电添加剂的质量比为（1~50）：1。由此，其负极浆料中的活性成分的利用率高。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述芳香族碳氢化合物和所述导电添加剂的质量比为（20~50）：1。由此，其负极浆料中的活性成分的利用率最高。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述负极浆料的固含量为5~50%。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述金属盐选自锂盐、钠盐或钾盐中的至少一种。由此，能进一步提升浆料的离子导电性。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述金属盐的浓度为0.5~1.5M。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiTFSI中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述钾盐选自KPF6、KFSI、KTFSI中的至少一种。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述钠盐选自NaPF6、NaClO4, NaTFSI, NaFSI，NaBF4中的至少一种。
[0023]根据本专利技术的第二方面实施例提供上述所述的负极浆料的制备方法，包括如下步骤：S1、将芳香族碳氢化合物和导电添加剂混合研磨，加热处理，得到芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物；将有机溶剂和金属盐混合得到溶液；
S2、将芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物和溶液混合超声即得负极浆料。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述加热的温度≥芳香族碳氢化合物的熔点。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述加热的时间为4 h ~10 h。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述超声的时间为15 min ~60 min。
[0027]本专利技术第三方面提供一种半固态悬浮液流电池，包括上述所述的负极浆料。
[0028]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0029]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例5提供的半固态悬浮液流电池的结构示意图；图2是本专利技术实施例1、2和3的负极浆料
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料，其特征在于，所述负极浆料包括芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物、金属盐和有机溶剂；所述芳香族碳氢化合物/导电添加剂复合物是将芳香族碳氢化合物和导电添加剂通过加热处理得到；所述加热的温度≥芳香族碳氢化合物的熔点。2.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，所述芳香族碳氢化合物的结构通式为C
n
H
2n
‑6，其中n≥6。3.根据权利要求2所述的负极浆料，其特征在于，所述芳香族碳氢化合物选自蒽、联苯、萘或菲中的至少一种。4.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，所述导电添加剂选自科琴黑、乙炔黑，Super P、Super S、导电炭黑、碳纤维或碳纳米管中的至少一种。5.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，所述芳香族碳氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：从广涛，彭婉婷，罗赛凡，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：