[發明專利]一種用于液態金屬電池的雙層負極集流體及其制備方法

有效

• 申請號: 201710244878.3
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106972174B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 王康麗;郭姣姣;蔣凱;彭勃;張坤;黎朝暉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中國西電電氣股份有限公司;威勝集團有限公司
• 主分類號: H01M4/64
• 分類號: H01M4/64;H01M4/66
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于儲能電池技術領域，涉及一種用于液態金屬電池的雙層負極集流體，其包括電極桿、浸滿鋰的泡沫合金A和未浸過鋰的泡沫合金B，所述泡沫合金A和泡沫合金B從上至下依次同軸套設在電極桿的底部，通過設置在泡沫合金A上部的螺母和泡沫合金B底部凹槽內的螺母，將泡沫合金A和泡沫合金B固定在電極桿的底部，所述螺母、泡沫合金A和泡沫合金B之間均緊密貼合。本發明還公開了上述雙層負極集流體的制備方法。本發明的雙層負極集流體在有效的固定泡沫合金同時，該結構可大規模機械化加工，并且組裝簡單，加工精度可控，有助于提高電池負極集流體結構的形貌一致性。

技術領域

本發明屬于儲能電池技術領域，涉及一種用于液態金屬電池的雙層負極集流體及其制備方法，其能夠提高液態金屬電池負極集流體的形貌差異及制備出的電池性能的一致性。

背景技術

液態金屬電池是面向電網級儲能應用的新型二次電池，其單體主要由正極、負極、電解質以及電池外殼組成。電池負極一般為堿金屬或堿土金屬的單質或合金，正極一般為能和負極形成合金且與負極有一定電勢差的過渡金屬單質、合金、或其它化合物。電解質為與負極金屬對應的無機鹽或其混合物。當電池運行時，其金屬電極及無機鹽電解質在高溫下熔融為液態，并依照密度差異自動分層。放電時，負極金屬失去電子，并通過外電路做功。負極金屬離子化后通過熔鹽遷移到正極并與正極金屬合金化。充電時，電池執行相反的過程。通過上述的合金化及去合金化過程，液態金屬電池可以完成電能的存儲與釋放，實現與外部的能量交換。

液態金屬電池內部負極材料為高溫熔融金屬，具有良好的流動性，而電池殼體一般采用金屬或合金結構，因此二者的接觸必定造成電池的短路。也就是說，需要設計一個能夠將熔融金屬約束起來不會與電池殼體相接觸的結構；該約束結構需要能夠與熔融鋰有足夠的接觸面積，具有安裝簡便，可標準化生產，一致性好的特點；此外，負極集流體為電池內部突出結構，需要具有良好的物理穩定性，以避免其在電池內部與殼體或正極材料接觸，并提供穩定的電流。

目前，液態金屬電池尚未產業化；已有的專利中，部分采用氮化硼陶瓷管阻隔電池負極材料與殼體的接觸，但該結構一方面會造成電池重量的上升，一方面負極材料與負極集流體的接觸面積有限，反應速率受到嚴重制約；部分專利提出采用泡沫合金束縛負極材料，可完美的解決了負極材料的束縛問題，并極大的提高了電池的反應速率，但泡沫合金不能與負極集流體桿進行焊接，因此目前大多采用手工方式用鐵絲穿透泡沫合金捆綁方式進行泡沫合金的固定，使得制備出的電池穿孔大小、方位、下端保留鐵絲凸起都不一致，從而造成制備出的負極集流體形貌一致性較差。此外，對于半放電電池而言，泡沫合金每次浸滿鋰后都需要甩出一部分鋰以確保放電量在允許范圍內(一般為20％～50％)，但手動甩存鋰在兩方面問題：一是泡沫合金在高溫下硬度很低，甩鋰過程中容易造成泡沫合金的應力損傷；二是手動甩鋰每次甩出的量不容易控制，這就又造成了一致性的不完善。眾所周知電池單體性能的一致性對電池的成組及系統化至關重要，因此，該結構斷不能成為液態金屬電池工業生產所采用的結構。

由于存在上述缺陷和不足，本領域亟需做出進一步的完善和改進，設計一種負極集流體，使其能夠解決液態金屬電池負極集流體的形貌差異大及制備出的電池性能的不一致問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了用于液態金屬電池的雙層負極集流體及其制備方法，采用螺母固定泡沫合金方式，結合雙層泡沫合金結構，能夠在有效的固定泡沫合金同時，提高電池負極集流體的質量和形貌一致性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于液態金屬電池的雙層負極集流體，其特征在于，其包括電極桿、浸滿鋰的泡沫合金A和未浸過鋰的泡沫合金B，