钠-金属卤化物电池用正极、含其的电池及其制法和用途制造技术

本发明专利技术涉及钠-金属卤化物电池用正极、含其的电池及其制法和用途。在所述正极中添加有金属微丝。所述金属微丝在正极活性物料的本体导电网络之外建立起二次导电网络，从而提高正极的导电性及其导电网络的稳定性，由此降低电池内阻和改善电池放电功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于钠-金属卤化物电池的正极、包括其的钠-金属卤化物电池、所述正极和电池的制造方法、以及所述电池的用途。
技术介绍
钠-金属卤化物电池作为新一代的高温可再充电电池出现在20世纪90年代。它由于其大的能量密度、高的循环寿命、改善的安全性和高温稳定性而可用于许多应用中，如混合动力车、不间断备用电源等。在现有的钠-金属卤化物电池中，活性物料的混合物以毫米级颗粒的形式加载，在颗粒内部的金属粉末形成泡沫状网络以传导电流。例如，在用于钠-卤化镍电池的所考虑的设计的一些中，正极导电粉体形成的网络结构(cathode grid)由各种类型的镍粉末形 成。基于颗粒内部的体积，导电物质Ni的体积分数为大约20-30%，其足够高以达到逾渗阈值。但是，由于形成颗粒的物质仅在全部正极体积的50%左右，因此正极中导电物质的平均体积分数为约10-15%。随着电池的重复循环，导电物质Ni迁移，这导致正极的电子导电性下降。因此，电池内阻增加。众所周知，低内阻对于高的电池放电功率是关键的，这是许多高功率应用的重要要求。由以上可知，钠-金属卤化物电池可有时仍呈现循环引起的内阻增加，因此放电功率恶化的问题。而且，需要增加的初始放电功率的性能。因此，钠-金属卤化物电池的一些可继续受益于某些方面和特性的改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高用于钠-金属卤化物电池的正极的导电性，从而降低电池内阻和改善电池放电功率。根据本专利技术的实施方案，提供用于钠-金属卤化物电池的正极，在所述正极中添加有金属微丝，即所述正极包含所述金属微丝。根据本专利技术的实施方案，提供包括正极的钠-金属卤化物电池。根据本专利技术的实施方案，提供制造所述用于钠-金属卤化物电池的正极的方法，其中在活性物料造粒过程和/或正极填充过程中添加金属微丝。根据本专利技术的实施方案，提供制造所述钠-金属卤化物电池的方法，其中在正极活性物料造粒过程中和/或正极填充过程中添加金属微丝。根据本专利技术的实施方案，提供所述钠-金属卤化物电池作为不间断备用电源的用途。通过以下结合附图对本专利技术实施方案的描述，将更容易理解本专利技术的这些和其它优势和特征。附图说明图I为说明在根据本专利技术实施方案的用于钠-金属卤化物电池的正极中使用的Ni金属微丝的显微照片。图2a为说明根据本专利技术实施方案的钠-金属卤化物电池的结构的一部分的俯视图。图2b为说明根据本专利技术实施方案的钠-金属卤化物电池的结构的一部分的侧视图。图3为说明根据本专利技术的实施例I和2及对比例制造的电池的放电时间相对于放电功率的图。具体实施例方式本专利技术提供用于钠-金属卤化物电池的正极。在本专利技术的用于钠-金属卤化物电·池的正极中添加有金属微丝。所述金属微丝增强电子导电的正极导电粉体形成的网络结构(cathode grid)，从而提高正极的电子导电性及其导电网络的稳定性，由此降低电池内阻和改善电池放电功率。另外，金属微丝的使用可潜在地延长电池寿命。在本专利技术的正极中使用的金属微丝的金属或金属合金是电化学稳定的。具体地，所述金属微丝的金属或金属合金在电池的充放电电压范围内不发生氧化还原反应。但是，在其中发生氧化还原反应的那些情况中，其通常为可逆的反应。这样的反应应当仅发生在所述金属微丝的浅表面，即当氧化到一定深度后，电化学氧化反应的动力学过程足够缓慢，以至可以忽略。电化学反应受到表面钝化的限制，像铝在表面上形成氧化铝薄膜后停止氧化一样。这样，所述金属微丝随着电池的循环不会被完全溶解，使得正极的导电性得到改善。所述金属微丝的金属的电阻率为10-6 Ω · cm或更低。示例性的微丝的金属包括选自镍、钥和钨的至少一种，但不限于此。在本专利技术的一个实施方案中，所述金属微丝的长径比大于10，优选大于20，所述金属微丝的长径比小于或等于100。所述金属微丝的直径为I微米-I毫米，优选1-200微米，更优选1-100微米,最优选10-100微米,和长度为优选Imm-lOmm。例如，在本专利技术的实例中使用的金属微丝可为直径小于100微米且长度l_3mm的镍纤维。其显微照片示于图I中。在本专利技术的一个实施方案中，所述金属微丝的体积分数大于逾渗阈值。当所述金属微丝的体积分数大于逾渗阈值时，可建立连续的导电网络，从而进一步改善正极的导电性。所述逾渗阀值是基于逾渗理论的值。其可通过数学模型计算得到，或者可通过实验测定。例如，可以参见 E. J. Garboczi, K. A. Snyder, J. F. Douglas, Geometrical percolationthreshold of overlapping ellipsoids, Physical Review E，Volume 52，Number I。在本专利技术的一个实施方案中，当正极活性物料已经造粒时，所述金属微丝可在所述活性物料颗粒之间和/或所述活性物料颗粒内部。具体地，如果在活性物料造粒过程中将所述金属微丝与活性物料混合一起进行造粒，则所述金属微丝存在于所述活性物料颗粒内部。如果在活性物料造粒后在正极填充过程中将金属微丝添加到所述活性物料颗粒，则所述金属微丝存在于所述活性物料颗粒之间。在本专利技术的正极中使用的活性物料可为在本领域中通常使用的任何活性物料。所述活性物料包括镍粉，氯化钠以及其它添加剂。例如，所述活性物料可包括40-70重量％的镍(Ni)粉末、30-50重量％的氯化钠(NaCl)、0. 1-5重量％的氟化钠(NaF)、O. 1-5重量％的铝(Al)粉末、O. 1-1重量％的碘化钠(NaI)、0-20重量％的铁(Fe)粉末、0_10重量％的硫化锌(ZnS)、和0-10重量％的硫化亚铁(II) (FeS)。根据本专利技术的正极还可包括正极电解液。所述正极电解液可为在本领域中通常使用的任何正极电解液，例如NaAlCl4。本专利技术还提供制造所述用于钠-金属卤化物电池的正极的方法。根据本专利技术的制造正极方法与本领域中通常使用的制造正极的方法相同，除了在活性物料造粒过程和/或正极填充过程中添加金属微丝以外。当期望所述金属微丝存在于所述活性物料颗粒内部时，则在造粒过程中将所述金属微丝与活性物料混合一起进行造粒。当期望所述金属微丝存在于所述活性物料颗粒之间时，则在活性物料造粒后在正极填充过程中加入金属微丝与所述活性物料颗粒混合，然后将所述混合物倒入正极室中。当期望所述金属微丝存在于所述活性物料颗粒内部和所述活性物料颗粒之间两者时，则可将以上两个步骤都进行。 本专利技术还提供包括正极的钠-金属卤化物电池。下面参照图2a和2b说明根据本专利技术的钠-金属卤化物电池的结构。图2a为说明所述钠-金属卤化物电池的结构的俯视图，和图2b为说明所述钠-金属卤化物电池的结构的侧视图。参照图2a，根据本专利技术的钠-金属卤化物电池包括正极I、负极2、陶瓷电解质3、正极集流体4、外壳5、任选的垫片6、和碳毡7。参照图2b，根据本专利技术的钠-金属卤化物电池还包括电池填充口 8和密封系统9。在根据本专利技术的钠-金属卤化物电池中，通过陶瓷电解质3隔开正极室和负极室，其中在陶瓷电解质3内部是正极室，且在陶瓷电解质3和外壳5之间是负极室。陶瓷电解质3可为本领域中通常使用的任何陶瓷电解质，例如β-氧化铝。正极I容纳在所述正极室中。在正极I中，活性物料(例如镍和氯化钠)的颗粒浸溃或者以其它方本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于钠？金属卤化物电池的正极，其中在所述正极中添加有金属微丝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴惠箐，迈克尔瓦兰斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：