[實(shí)用新型]一種液態(tài)金屬電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920257897.4
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN209843832U
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭勃;牛帥;張坤;蔣凱;王玉平;李俠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安西電電氣研究院有限責(zé)任公司;中國西電電氣股份有限公司
• 主分類號: H01M2/34
• 分類號: H01M2/34;H01M10/39
• 代理公司: 11127 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王濤;任默聞

本實(shí)用新型提供了一種液態(tài)金屬電池，包括正極外殼以及收容于所述正極外殼中填充有負(fù)極液態(tài)金屬的負(fù)極集流組件、填充有正極液態(tài)金屬的正極組件以及設(shè)于所述負(fù)極集流組件和所述正極組件間填充有電解質(zhì)熔鹽的多孔陶瓷阻隔件；其中，所述負(fù)極集流組件包括負(fù)極，所述負(fù)極從所述正極外殼中延伸至所述正極外殼外側(cè)并與所述正極外殼密封絕緣連接，本實(shí)用新型可抑制正極金屬間化合物層的產(chǎn)生和拱起，避免電池內(nèi)部短路，提高電池運(yùn)行穩(wěn)定性，延長電池循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及高溫儲能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液態(tài)金屬電池。

背景技術(shù)

液態(tài)金屬電池是一種新型的高溫儲能電池。這種電池通常在300℃～700℃下工作，其正、負(fù)電極為液態(tài)金屬，電解質(zhì)熔鹽為液態(tài)或半液態(tài)無機(jī)熔鹽。正極、電解質(zhì)熔鹽、負(fù)極材料由于互不相溶，自下而上自動分層。電池工作時(shí)，負(fù)極液態(tài)金屬失去電子后經(jīng)由電解質(zhì)熔鹽層擴(kuò)散至正極并與正極液態(tài)金屬形成正極合金而放電。相應(yīng)地，通過執(zhí)行以上放電過程的逆過程而充電。液態(tài)金屬電池獨(dú)特的材料體系和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有庫侖效率高、電流密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模化電力儲能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了提高液態(tài)金屬電池的輸出電壓，提升電池能量密度，液態(tài)金屬電池通常采用電極電位較高的液態(tài)金屬鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)，或以上任意一種金屬的合金作為正極材料。這類正極材料雖然性能較好，但存在一個(gè)嚴(yán)重的問題，即在電池放電過程中會與負(fù)極材料發(fā)生合金化，生成高熔點(diǎn)的固態(tài)金屬間化合物層。由于固態(tài)金屬間化合物在形成過程中存在較大的內(nèi)應(yīng)力，金屬間化合物層會從中心部位向上拱起。伴隨電池放電深度的增加或放電電流的增大，正極金屬間化合物層的拱起加劇，最終可能將正極和負(fù)極連通，造成電池內(nèi)部短路。

中國專利文獻(xiàn)(CN104112865A)公開了一種液態(tài)金屬電池裝置及其裝配方法，提出在電池金屬殼體內(nèi)焊接金屬網(wǎng)孔分隔器的設(shè)計(jì)方案，限制固相金屬間化合物的變形拱起，從而阻止正、負(fù)極材料接觸，避免電池過早發(fā)生內(nèi)部短路失效。但是，這種設(shè)計(jì)方案中的金屬網(wǎng)孔分隔器無法從根本上消除固相金屬間化合物的形成及拱起現(xiàn)象，隨著電池持續(xù)放電，固相金屬間化合物仍可以金屬枝晶形態(tài)穿過金屬網(wǎng)孔，且金屬網(wǎng)孔分隔器的材質(zhì)為不銹鋼或鈦合金，當(dāng)正極材料為腐蝕性較強(qiáng)的液態(tài)金屬銻(Sb)時(shí)，金屬網(wǎng)孔分隔器會與液態(tài)金屬銻發(fā)生副反應(yīng)，從而造成電池性能劣化。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提供一種液態(tài)金屬電池，抑制正極金屬間化合物層的產(chǎn)生和拱起，避免電池內(nèi)部短路，提高電池運(yùn)行穩(wěn)定性，延長電池循環(huán)壽命。

為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型一方面公開了一種液態(tài)金屬電池，包括正極外殼以及收容于所述正極外殼中填充有負(fù)極液態(tài)金屬的負(fù)極集流組件、填充有正極液態(tài)金屬的正極組件以及設(shè)于所述負(fù)極集流組件和所述正極組件間填充有電解質(zhì)熔鹽的多孔陶瓷阻隔件；

其中，所述負(fù)極集流組件包括負(fù)極，所述負(fù)極從所述正極外殼中延伸至所述正極外殼外側(cè)并與所述正極外殼密封絕緣連接。

優(yōu)選地，所述負(fù)極集流組件包括作為負(fù)極的導(dǎo)電芯棒、填充有負(fù)極液態(tài)金屬的負(fù)極集流體以及與所述導(dǎo)電芯棒和所述負(fù)極集流體分別固定連接的多孔導(dǎo)電連接板；

其中，所述多孔導(dǎo)電連接板與所述多孔陶瓷阻隔件形成用于收容所述負(fù)極集流體的封閉空間。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電芯棒、負(fù)極集流體和多孔導(dǎo)電連接板的中心軸重合。

優(yōu)選地，所述多孔陶瓷阻隔件的截面為凹形，所述凹形的開口與所述多孔導(dǎo)電連接板的邊緣密封設(shè)置形成所述封閉空間。

優(yōu)選地，所述凹形的多孔陶瓷阻隔件的外表面與所述正極外殼的內(nèi)表面密封設(shè)置形成位于所述多孔陶瓷阻隔件下方的正極容納空間，所述正極組件設(shè)于所述正極容納空間中并與所述多孔陶瓷阻隔件的底面貼合。

優(yōu)選地，所述正極組件包括填充有正極液態(tài)金屬的多孔石墨板。