描述了一种正极组合物，所述正极组合物包含至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的颗粒。颗粒具有基本球形形状。还描述了储能装置和不间断供电装置。它们包括用于正极和负极组合物的隔室；固体分隔物，所述固体分隔物能够在隔室之间输送碱金属离子；和用于电极的相关集电器。正极组合物包含基本球形的颗粒。还公开了制备储能装置的相关方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】描述了一种正极组合物，所述正极组合物包含至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的颗粒。颗粒具有基本球形形状。还描述了储能装置和不间断供电装置。它们包括用于正极和负极组合物的隔室；固体分隔物，所述固体分隔物能够在隔室之间输送碱金属离子；和用于电极的相关集电器。正极组合物包含基本球形的颗粒。还公开了制备储能装置的相关方法。【专利说明】专利技术背景 本专利技术总体上涉及电极组合物。在一些具体实施方案中，本专利技术涉及正极组合物，所述正极组合物可加入到储能装置，例如电池；和不间断供电(UPS)装置。金属氯化物电池，尤其具有熔融钠负极(通常称为阳极)和P -氧化铝固体电解质的钠-金属氯化物电池，用于储能应用有重要意义。除了阳极外，电池还包括在电池充电/放电期间提供/接收电子的正极(通常称为阴极)。固体电解质在阳极和阴极之间用作膜或“分隔物”。在这些金属氯化物电池用于机车应用中时，例如混合动力机车或插电式电动车(PHEV)，电池通常能够在电池放电期间提供功率骤增(高电流)。在理想的情况下，可达到电池功率而电池工作容量和循环寿命无显著损失。熟悉这些类型储能装置的人了解，正极在决定电池功率/能量特征(包括其电阻特性)方面起关键作用。正极往往包括多个组件，各具有特定的功能。例如，正极可包括电极材料和支撑结构两者。电极材料在氧化和还原两种状态或任何中间状态用作电化学反应物。正极的支撑结构在充电/放电期间不经历任何显著的化学反应，但在电化学反应期间支撑电极材料，用作任何固体可沉淀其上的表面。(支撑结构也用作通过阴极的电子导体)。正极还总是包含电解质材料，电解质材料允许在电池的正极和负极之间的离子输送，并且对于电极材料的氧化形式可用作溶剂。在很多情况下，通过组合不同成分的粉末，例如电活性金属和碱金属卤化物的粉末，制备正电极组合物，如下进一步描述。通常用高压方法将粉末压实成易碎的带，例如“生带”。然后使带破碎成不规则形状的毫米大小的附聚物。然后，可通过各种技术选定附聚物的大小，以分离出优选大小的材料，然后连同电解质装入阴极室。在一些情况下，阴极室可包含约50%体积附聚物(例如，包含可能等量的金属和盐)和约50%体积熔融电解质材料。在本领域一直需要具有较高性能特性的金属卤化物电池。性能可用不同的属性表示，例如功率密度、能量密度、电池寿命或充电密度。当然，所需的属性取决于电池或其它类型储能装置的最终用途，因为不同的应用可具有显著不同的性能需求。更具体地讲，储能装置中的正极组合物在增强对特定最终用途的所选属性中可以起很重要的作用。专利技术概述 本专利技术的一个实施方案涉及正极组合物。组合物包括至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的颗粒。颗粒具有基本球形形状，如下所述。包括这种正极的制品构成本专利技术的另一个实施方案。另一个实施方案涉及储能装置或不间断供电装置。所述装置包括: a)包含碱金属的第一负极隔室； b)负极集电器； c)包含正极组合物的第二隔室，正极组合物自身包括至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的颗粒，其中所述颗粒具有基本球形形状； d)正极集电器；和 e)固体分隔物，所述固体分隔物能够在第一隔室和第二隔室之间输送碱金属离子。本专利技术的另一个实施方案涉及制备储能装置的方法，所述方法包括以下步骤: A)提供正极和负极，所述正极和负极通过分隔物彼此离子连接，并且能够在连接时发生电化反应； B)将导电电解质提供到至少正极；和 C)提供用于分别连接到正极和负极的正极集电器和负极集电器，以将从电化反应得到的电流引到期望位置； 其中正极包括具有基本球形形状的颗粒。附图简述 图1、2和3为电极组合物的球形颗粒的描绘。图4、5和6为在滚圆阶段后电极组合物的颗粒的描绘。图7、8和9为在任何滚圆前电极组合物的颗粒的描绘。图10为本专利技术的一些实施方案的电化学电池一部分的不意横截面图。图11为本专利技术的实施方案的电化学电池的另一个示意横截面图。图12、13和14为滚圆前和滚圆后电极组合物的颗粒的显微相片。图15为电极颗粒的填充密度相对于滚圆时间的绘图。图16为在电池中用作正极组合物的颗粒的电化学电池电压作为充电容量的函数的绘图。专利技术详述 以下提出的各实施方案帮助说明本专利技术的某些方面，而不应解释为限制本专利技术的范围。另外，如在整个说明书和权利要求中所用，可用近似性语言修饰任何定量表达，这些表达可容许改变，而不导致所涉及的基本功能的改变。因此，由术语例如“约”修饰的值不限于指定的精确值。在某些情况下，近似性语言可相应于测量数值所用仪器的精确度。在以下说明书和权利要求中，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式“一”和“该”包括复数指示物。本文所用术语“可”和“可以为”表示在一组情况内发生的可能性；对指定的性质、特征或功能的拥有；和/或通过表达与被修饰动词相关的一个或多个能力、性能或可能性来修饰另一个动词。因此，“可”和“可以为”的使用表示被修饰的术语明显适当、能够或适合指定的能力、功能或用途，同时考虑到在某些情况下，被修饰的术语可能有时是不适当、不能够或不适合的。对于大多数最终用途应用，正极组合物包含选自以下的至少一种电活性金属:钛、钒、铌、钥、镍、钴、铬、铜、锰、银、锑、镉、锡、铅、铁和锌。任何这些金属的组合也是可以的。在一些具体实施方案中，电活性金属为镍、铁、铜、锌、钴、铬或它们的一些组合。考虑到各种属性，镍往往是最优选的电化学金属。它们通常包括成本、可得性、镍相对于钠的相对高的还原电势(“氧化还原电势”)和镍阳离子在反应阴极电解质中的相对低的溶解度。通常，金属作为粉末得自不同商业源。正极组合物一般还包含至少一种碱金属卤化物，以促进所关注装置的期望的电化学反应。钠、钾或锂的卤化物是有可能的。在一些优选的实施方案中，组合物包含至少氯化钠。在其它实施方案中，组合物包含氯化钠，以及碘化钠和氟化钠至少之一。一些具体的正极组合物描述于共同待审的申请13/034184 (D.Bogdan等，2011年2月24日为本案的受让人提交，通过引用结合到本文中)。在一些具体实施方案中，碘化钠(当存在时)基于全部正极组合物重量处于约0.1%重量至约0.9%重量的水平。除了以下讨论的电解质盐外，正极组合物还可包括一些其它组分。例如，可包括铝，即，采用的形式不同于其在电解质盐中的形式且不同于卤化铝。换句话讲，铝通常为元素形式，例如，铝金属薄片或颗粒。铝可帮助提高以下所述的阴极颗粒的孔隙率。在一些实施方案中，正极组合物中存在的元素铝的量基于正极组合物的体积为约0.2%体积至约0.5%体积。在另一个实施方案中，正极组合物中存在的铝的量为约0.25%体积至约0.45%体积。在一个实施方案中，正极组合物可进一步包含分子硫或含硫化合物形式的硫。如果存在，硫的含量通常为基于正极组合物总重量约0.1%重量至约3%重量。然而，如申请13/034184中所述，有时优选正极基本不含硫，即，最多含有杂质水平。正极组合物可包括有益地影响储能装置性能的其它添加剂。指出几种效用:这些性能添加剂可增加离子电导率，增加或减小带电阴极物类的溶解度，通过熔融电解质促进固体电解质(即，分隔物)的润湿，或者防止正极微区熟化。虽然不总是，但通常性能添加剂以基于正极组合物总重量小于约本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种正极组合物，所述正极组合物包括至少一种电活性金属和至少一种碱金属卤化物的颗粒，其中所述颗粒具有基本球形形状。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：RL哈特，MA瓦兰斯，DC博丹，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：
国别省市：
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