一种液态金属电池及其组装工艺制造技术

本发明专利技术提供一种液态金属电池及其组装工艺。所述电池包括电池上盖，电池壳体，密封绝缘装置，负极集流杆，第一多孔盖板和第二多孔盖板，第一负极集流器和第二负极集流器，第一电解质材料和第二电解质材料，第一正极材料和第二正极材料，以及挡板。本发明专利技术结构简单，不仅能够保证电池的高性能，同时组装方便，电池生产的一致性好。本发明专利技术所提出的液态金属电池组装工艺，无需再对负极集流器进行反复多次的负极材料吸附和甩出操作，在保证电池高性能的同时，极大降低了电池装配难度，提高了电池生产的一致性。

Liquid metal battery and its assembly process

The present invention provides a liquid metal cell and its assembly process. The battery comprises a battery cover, battery shell, sealing and insulating device, cathode collector bar, the first and the second porous porous plate cover, a first negative current collector and second anode current collector, a first electrolyte material and second cathode materials and electrolyte materials, the first second positive electrode material, and a baffle. The device has the advantages of simple structure, not only high performance of the battery, but also convenient assembly and good consistency of the battery production. The assembling process of the liquid metal cell proposed by the invention does not need to absorb and throw out the negative electrode material repeatedly and repeatedly for the negative current collector. The battery assembly difficulty is greatly reduced and the consistency of the battery production is improved while ensuring the high performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属电池及其组装工艺
本专利技术涉及电化学储能电池领域，具体为一种液态金属电池及其组装工艺。
技术介绍
近年来，为应对传统火力发电所带来的能源危机和环境污染问题，以风电、光伏为代表的可再生能源发电技术迎来了前所未有的发展。然而，由于风能、太阳能的随机性及不稳定性，为新能源发电的平滑输出和安全并网带来很大困难。电网级大规模储能技术是解决这一问题的有效途径，在各类大规模储能技术中，电池储能以其能量转换效率高、系统规模配置灵活、不受地理环境限制等特点，成为电网储能系统的首选技术。目前较为成熟的储能电池有锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池等，但这些技术均无法兼顾大规模储能对储能成本和循环寿命的要求。因此，一种面向电网储能应用的二次电池技术，即液态金属电池应运而生。液态金属电池通常在高温下运行，其正负电极为液态金属，电解质为无机液态或半液态熔盐，由于熔融态金属与熔盐不相混溶，三层液态组分根据密度差异自动分层。与传统电池相比，液态金属电池具有材料成本低廉、易于放大生产、循环寿命长等优点，非常适用于大规模电力储能。目前，液态金属电池的装配通常采用具有一定放电深度模式的组装方式，即电池装配时，将部分负极材料留置于负极集流器中，其余负极材料则与正极材料预先熔炼成合金，再依次将正极合金、电解质和负极集流器装入电池壳体，密封好后升温运行。这种装配方式相较全充电或全放电的方式，能够有效控制电池高温下负极、电解质、正极三层液态电化学反应界面的均匀稳定建立，从而降低电池化成难度，显著提高电池运行成功率。然而，传统的液态金属电池只有一个负极集流器，因此电池负极制作时，需要依靠人力或借助机械在高温下将液态或熔融态的负极金属从吸满负极材料的泡沫金属板中甩出一部分。这种操作方式下每次甩出的负极金属质量无法精准控制，往往需要多次吸附、甩出的反复过程才能满足要求，导致电池制造工艺极其复杂，组装难度大，一致性也难以保证，不利于规模化生产。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种液态金属电池及其组装工艺，结构简单，不仅能够保证电池的高性能，同时组装方便，电池生产的一致性好。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种液态金属电池，包括电池上盖，电池壳体，密封绝缘装置，负极集流杆，第一多孔盖板和第二多孔盖板，第一负极集流器和第二负极集流器，第一电解质材料和第二电解质材料，第一正极材料和第二正极材料，以及挡板；所述的电池壳体内部由挡板分隔为两个反应区域Ⅰ和Ⅱ；上端密封连接电池上盖；挡板的高度高于电解质材料的高度；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的任一区域从下至上依次设置有第一正极材料、第一电解质材料、第一负极集流器和第一多孔盖板；第一负极集流器中吸附一部分负极材料，且处于吸附饱和状态，第一负极集流器浸没在第一电解质材料中，且与第一多孔盖板固定连接；第一正极材料质量在电池正极材料额定质量的占比、第一电解质材料质量在电解质材料额定质量的占比和第一负极集流器吸附的负极材料在电池负极材料额定质量的占比相同，且均为10％-90％；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的另一区域从下至上依次设置有第二正极材料、第二电解质材料、第二负极集流器和第二多孔盖板；第二负极集流器浸没在第二电解质材料中，且与第二多孔盖板固定连接；第二正极材料为正极材料额定质量剩余部分与负极材料额定质量剩余部分的合金；第二电解质材料为电解质材料额定质量的剩余部分；第二负极集流器对负极材料的饱和吸附量为负极材料额定质量的剩余部分；所述的负极集流杆一端分别连接第一多孔盖板和第二多孔盖板，另一端通过密封绝缘装置穿过电池上盖设置；负极集流杆与挡板呈间隙设置。优选的，所述的挡板平行于电池壳体的对称轴固定设置。优选的，所述的挡板呈环形固定设置在电池壳体底部，两个反应区域分别呈圆形和环形设置。优选的，第一负极集流器和第二负极集流器由一块或多块多孔泡沫金属板构成，其形状为圆形、椭圆形、环形或矩形。一种液态金属电池的组装工艺，包括以下步骤：步骤1，电池负极制作；将第一负极集流器浸没于负极材料中，加热至负极材料熔融，待第一负极集流器吸附饱和后取出，常温冷却后固定至第一多孔盖板上，再将第一多孔盖板固定至负极集流杆上；其中，第一负极集流器对负极材料的饱和吸附量为电池负极材料额定质量的10％-90％；将第二负极集流器直接固定于第二多孔盖板上，再将第二多孔盖板固定至负极集流杆上；其中，第二负极集流器对负极材料的饱和吸附量为电池负极材料额定质量的剩余部分；步骤2，电池正极制作；将第一正极材料放入电池壳体内的两个反应区域中的任意一个；其中，第一正极材料质量占电池正极材料额定质量的比例与第一负极集流器吸附的负极金属占电池负极材料额定质量的比例相同；将正极材料额定质量剩余部分与负极材料额定质量剩余部分加热熔融为合金作为第二正极材料，常温冷却后放入电池壳体内的另一反应区域；两个反应区域相互隔离；步骤3，将第一电解质材料放入第一正极材料的反应区域，另一区域则放入第二电解质材料；其中，第一电解质材料质量在电解质材料额定质量的占比和第一负极集流器吸附的负极材料在电池负极材料额定质量的占比相同，第二电解质材料为电解质材料额定质量的剩余部分；步骤4，使用密封绝缘装置将连接了第一、第二负极集流器、的负极集流杆与电池上盖绝缘密封，随后将与电池上盖连接后的负极集流杆放入电池壳体内，其中第一负极集流器对应放入第一正极材料的反应区域，第二负极集流器对应放入第二正极材料的反应区域；步骤5，将电池上盖与电池壳体密封连接，得到液态金属电池。优选的，整个组装过程在氩气氛中进行。进一步的，电池上盖、电池壳体、第一多孔盖板、第二多孔盖板和挡板采用不锈钢制成。进一步的，密封绝缘装置采用陶瓷或玻璃制成。进一步的，负极集流杆采用不锈钢、无氧铜或钛合金制成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提出的液态金属电池，其结构突破了传统液态金属电池只使用单一负极集流器的概念，而是使用两个负极集流器，每个负极集流器由一块或多块泡沫铁镍金属板构成。电池组装时，一个负极集流器预先吸满一定质量的负极材料，另一个则不吸附负极材料，自然形成具有一定放电深度的液态金属电池。此外，本专利技术在电池壳体底部设置挡板，从而将电池内腔分隔为两个反应区域，电池组装时将活性材料分为两份后分别放置于两个区域中，相当于电化学反应在两个界面处分别进行。这一设计有效避免了电池在充放电过程中某一个负极集流器可能出现过吸附导致电池短路的问题，在改变电池结构的同时保证了电池的高性能。本专利技术所提出的液态金属电池组装工艺，无需再对负极集流器进行反复多次的负极材料吸附和甩出操作，在保证电池高性能的同时，极大降低了电池装配难度，提高了电池生产的一致性。附图说明图1是本专利技术实例一和二中所述的液态金属电池结构示意图。图2是本专利技术实例三中所述的液态金属电池结构示意图。图3是本专利技术实例三中所述的液态金属电池内部结构的俯视图。图4是采用本专利技术实例中所述的液态金属电池外形示意图。图5是实施例一中所述的液态金属电池的充放电曲线。图6是实施例二中所述的液态金属电池的性能曲线。图7是实施例三中所述的液态金属电池的性能曲线。图中：1为电池上盖，2为电池壳体，3为密封绝缘装置，4为负极集流杆，5为第一多孔盖板，6为第二多孔盖板，7为第一负极集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态金属电池，其特征在于，包括电池上盖(1)，电池壳体(2)，密封绝缘装置(3)，负极集流杆(4)，第一多孔盖板(5)和第二多孔盖板(6)，第一负极集流器(7)和第二负极集流器(8)，第一电解质材料(9)和第二电解质材料(10)，第一正极材料(11)和第二正极材料(12)，以及挡板(13)；所述的电池壳体(2)内部由挡板(13)分隔为两个反应区域Ⅰ和Ⅱ；上端密封连接电池上盖(1)；挡板(13)的高度高于电解质材料的高度；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的任一区域从下至上依次设置有第一正极材料(11)、第一电解质材料(9)、第一负极集流器(7)和第一多孔盖板(5)；第一负极集流器(7)中吸附一部分负极材料，且处于吸附饱和状态，第一负极集流器(7)浸没在第一电解质材料(9)中，且与第一多孔盖板(5)固定连接；第一正极材料(11)质量在电池正极材料额定质量的占比、第一电解质材料(9)质量在电解质材料额定质量的占比和第一负极集流器(7)吸附的负极材料在电池负极材料额定质量的占比相同，且均为10％‑90％；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的另一区域从下至上依次设置有第二正极材料(12)、第二电解质材料(10)、第二负极集流器(8)和第二多孔盖板(6)；第二负极集流器(8)浸没在第二电解质材料(10)中，且与第二多孔盖板(6)固定连接；第二正极材料(12)为正极材料额定质量剩余部分与负极材料额定质量剩余部分的合金；第二电解质材料(10)为电解质材料额定质量的剩余部分；第二负极集流器(8)对负极材料的饱和吸附量为负极材料额定质量的剩余部分；所述的负极集流杆(4)一端分别连接第一多孔盖板(5)和第二多孔盖板(6)，另一端通过密封绝缘装置(3)穿过电池上盖(1)设置；负极集流杆(4)与挡板(13)呈间隙设置。...

【技术特征摘要】
1.一种液态金属电池，其特征在于，包括电池上盖(1)，电池壳体(2)，密封绝缘装置(3)，负极集流杆(4)，第一多孔盖板(5)和第二多孔盖板(6)，第一负极集流器(7)和第二负极集流器(8)，第一电解质材料(9)和第二电解质材料(10)，第一正极材料(11)和第二正极材料(12)，以及挡板(13)；所述的电池壳体(2)内部由挡板(13)分隔为两个反应区域Ⅰ和Ⅱ；上端密封连接电池上盖(1)；挡板(13)的高度高于电解质材料的高度；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的任一区域从下至上依次设置有第一正极材料(11)、第一电解质材料(9)、第一负极集流器(7)和第一多孔盖板(5)；第一负极集流器(7)中吸附一部分负极材料，且处于吸附饱和状态，第一负极集流器(7)浸没在第一电解质材料(9)中，且与第一多孔盖板(5)固定连接；第一正极材料(11)质量在电池正极材料额定质量的占比、第一电解质材料(9)质量在电解质材料额定质量的占比和第一负极集流器(7)吸附的负极材料在电池负极材料额定质量的占比相同，且均为10％-90％；所述反应区域Ⅰ和Ⅱ中的另一区域从下至上依次设置有第二正极材料(12)、第二电解质材料(10)、第二负极集流器(8)和第二多孔盖板(6)；第二负极集流器(8)浸没在第二电解质材料(10)中，且与第二多孔盖板(6)固定连接；第二正极材料(12)为正极材料额定质量剩余部分与负极材料额定质量剩余部分的合金；第二电解质材料(10)为电解质材料额定质量的剩余部分；第二负极集流器(8)对负极材料的饱和吸附量为负极材料额定质量的剩余部分；所述的负极集流杆(4)一端分别连接第一多孔盖板(5)和第二多孔盖板(6)，另一端通过密封绝缘装置(3)穿过电池上盖(1)设置；负极集流杆(4)与挡板(13)呈间隙设置。2.根据权利要求1所述的一种液态金属电池，其特征在于，所述的挡板(13)平行于电池壳体(2)的对称轴固定设置。3.根据权利要求1所述的一种液态金属电池，其特征在于，所述的挡板(13)呈环形固定设置在电池壳体(2)底部，两个反应区域分别呈圆形和环形设置。4.根据权利要求1所述的一种液态金属电池，其特征在于，第一负极集流器(7)和第二负极集流器(8)由一块或多块多孔泡沫金属板构成，其形状为圆形、椭圆形、环形或矩形。5.一种液态金属电池的组装工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，彭勃，郭姣姣，蒋凯，王康丽，李侠，王玉平，
申请(专利权)人：中国西电电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61