[發明專利]一種液態金屬電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202110761910.1
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113594558B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 王康麗;閆帥;蔣凱;李澤航;周先波;李浩秒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明屬于儲能電池領域，公開了一種液態金屬電池及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：S1、將錫源、銻源、及目標改性金屬元素所對應的金屬源三者共同放置于石墨坩堝中；目標改性金屬元素為鉻元素或鈦元素；S2、加熱保溫使石墨坩堝內形成合金，冷卻后將石墨坩堝置于大小與之匹配的電池殼體中；S3、將干燥無水的電解質鹽加熱熔化，倒入石墨坩堝內；S4、將吸附有金屬鋰的負極集流體及電池頂蓋組裝至電池殼體上；S5、封裝焊接并接入引線，即可得到液態金屬電池。本發明通過向液態金屬電池的正極中引入Ti、Cr元素，在不影響電池穩定性的同時，改善金屬(合金)與石墨的浸潤性，減小極化，提升電壓效率。

技術領域

本發明屬于儲能電池領域，更具體地，涉及一種液態金屬電池及其制備方法。

背景技術

液態金屬電池作為一種新型儲能電池，由于其壽命長，成本低，結構簡單等優點在大規模儲能領域中有很大的應用潛力。其主要組成為正極材料，負極材料，集流體，電解質及電池殼。其中自上而下為吸附在泡沫鎳鐵中的負極金屬(或者合金)，熔鹽電解質以及正極金屬(或者合金)組成，由于三者密度不同，且不相互溶的特性，電池會自發分為三層。

目前液態金屬電池為了防止正極材料對電池殼體的腐蝕，正極材料和電池殼體中間用石墨內襯隔開(石墨是種常用且成本較低的惰性材料)。由于石墨內襯的引入，對于電池多了正極/石墨，石墨/電池殼的接觸界面，而正極的一些金屬或者合金與石墨的浸潤性較差導致界面接觸不良，這是導致液態金屬電池能量效率偏低的重要原因。

發明人課題組前期研究成果中國專利CN112952211A，公開了一種液態金屬電池制備方法，旨在提高電池的能量密度，雖然它也公開了使用金屬銻作為液態金屬電池的正極材料，但由于金屬銻表面張力較大，同時與石墨的浸潤性較差，因此并不能提高電池的能量效率。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種液態金屬電池及其制備方法，其中通過向液態金屬電池的正極中引入Ti、Cr元素，它們在不影響電池穩定性的同時，可以改善金屬(合金)與石墨的浸潤性，在同樣的電流密度下減小極化，提升電壓效率，能夠有效解決現有技術中電池能量效率較低及電壓效率較低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種液態金屬電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在充滿氬氣的手套箱中，將單質錫源、單質銻源、及目標改性金屬元素所對應的單質金屬源三者共同放置于石墨坩堝中；其中，所述目標改性金屬元素為鉻元素或鈦元素；相應的，所述目標改性金屬元素所對應的單質金屬源為單質鉻源或單質鈦源；

S2、在充滿氬氣的手套箱中，將所述步驟S1得到的石墨坩堝加熱保溫，使石墨坩堝內金屬形成合金，冷卻后取出；

S3、在與石墨坩堝大小匹配的電池殼體中加入搭接用金屬，接著將該電池殼體置于加熱板加熱使內部的搭接用金屬熔化，然后將所述步驟S2得到的石墨坩堝置于電池殼體中；其中，所述搭接用金屬能夠在液態金屬電池的工作溫度下熔融形成液態，使所述石墨坩堝與所述電池殼體保持電導通；

S4、在充滿氬氣的手套箱中，將干燥無水的電解質鹽加熱熔化，并倒入經所述步驟S3處理后的石墨坩堝內；

S5、在充滿氬氣的手套箱中，將吸附有金屬鋰的負極集流體及電池頂蓋組裝至經所述步驟S4處理后的電池殼體上；其中，所述電池頂蓋能夠與所述電池殼體配合形成封閉空間；

S6、待電池殼體整體冷卻后，將電池殼體與電池頂蓋進行封裝焊接，并接入引線，即可得到液態金屬電池。

作為本發明的進一步優選，所述步驟S1中，使用的目標改性金屬元素的物質的量為所述單質錫源所含錫元素和所述單質銻源所含銻元素物質的量之和的0.5％～2％。

作為本發明的進一步優選，所述步驟S1中，所述單質錫源為錫粒，所述單質銻源為銻粒，所述單質鉻源為金屬鉻粉，所述單質鈦源為金屬鈦粉。