本发明专利技术涉及液态金属电池技术领域，具体涉及一种负极集流体及液态金属电池。负极集流体为多孔结构，负极集流体的孔隙内适于负载负极材料，负极集流体的表面具有凹槽，负极集流体适于完全浸入液态金属电池的熔融电解质中。凹槽的设置不仅增大了负极集流体的表面积，使得液态金属电池工作时有更多的熔融电解质与负极集流体孔隙内负极液态金属接触，还改变了凹槽附近的电场分布，使得熔融电解质在凹槽附近形成小湍流，这均增大了熔融电解质与负极液态金属的物质交换程度以及负极金属离子的迁移速率，进而增大了液态金属电池的充电与放电速率。率。率。
【技术实现步骤摘要】
一种负极集流体及液态金属电池
[0001]本专利技术涉及液态金属电池
，具体涉及一种负极集流体及液态金属电池。
技术介绍
[0002]传统能源的日益匮乏和环境的日益恶化，极大地促进了新能源的发展，其发电规模也快速攀升。而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性、间歇性和不可准确预测性，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。储能技术可以将不稳定的电能储存起来，再以稳定持久的方式输出，提高了新能源发电的使用效率和入网可靠性。目前大规模运行中的储能技术包括机械储能、化学储能、电化学储能和电磁储能。
[0003]液态金属电池是一类新型的电化学储能技术，其包括处于上层低密度的负极金属、下层高密度的正极金属以及分隔正负极的电解质，工作时上述材料熔融为液态，三层液态由于密度差异和互不混溶特性自动分层。液态金属电池在放电过程中，负极金属失去电子变成负极金属离子，负极金属离子通过熔融电解质迁移到正极金属，电子通过外电路转移到正极金属，正极金属得到电子并与负极金属离子发生合金化。充电过程则是一个与之相反的电解过程。液态金属电池利用负极金属材料在正极金属上的合金化/去合金化过程实现能量的释放和存储，特别适用于电网大规模储能。
[0004]通常负极金属负载在负极集流体中的孔隙中，电池工作时负极集流体完全浸入熔融电解质中，部分熔融电解质进入负极集流体的孔隙内并与负极液态金属接触，从而实现充电或放电。与熔融电解质直接接触的负极液态金属的量直接影响两者物质交换程度以及负极金属离子的迁移速率，从而影响液态金属电池内合金化/去合金化的速率，进而影响液态金属电池的充电与放电速率。
[0005]然而，熔融电解质仅能填充至靠近负极集流体表面的部分厚度的孔隙内，这限制了液态金属电池的充电与放电速率，进而限制了液态金属电池的电学性能。
技术实现思路
[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于如何提高液态金属电池的充电与放电速率，从而提供一种负极集流体及液态金属电池。
[0007]本专利技术提供一种负极集流体，所述负极集流体为多孔结构，所述负极集流体的孔隙内适于负载负极材料，所述负极集流体的表面具有凹槽，所述负极集流体适于完全浸入液态金属电池的熔融电解质中。
[0008]可选的，所述负极集流体具有相对设置的第一表面和第二表面、以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述第一表面适于朝向所述液态金属电池的正极，所述第二表面适于背向所述正极，所述凹槽位于所述第一表面、第二表面和侧面中的至少一个面。
[0009]可选的，所述凹槽位于所述第一表面和/或所述侧面。
[0010]可选的，所述凹槽为至少一个线性槽和/或至少一个环形槽。
[0011]可选的，所述凹槽的深宽比大于等于2。
[0012]可选的，一个凹槽的深度与所述负极集流体在所述凹槽的深度方向的尺寸之比为1/20
‑
1/3。
[0013]可选的，所述凹槽的深度为3mm
‑
6mm，所述凹槽的宽度为1.5mm
‑
3mm。
[0014]可选的，所述第一表面与所述侧面之间具有第一倒角；和/或，所述凹槽的槽壁与所述凹槽所处表面之间具有第二倒角。
[0015]可选的，所述第一表面与第二表面的形状适于与所述正极朝向所述负极集流体的一侧表面的形状相同。
[0016]可选的，所述负极集流体包括靠近所述第一表面的第一段和靠近所述第二表面的第二段，所述第一段与所述第二段连接；所述负极集流体具有孔隙，所述第二段内孔隙的平均尺寸大于所述第一段内孔隙的平均尺寸。
[0017]可选的，沿着所述第一表面至所述第二表面的方向，所述孔隙的平均尺寸呈梯度增大。
[0018]可选的，所述孔隙的尺寸为0.3mm
‑
1.5mm。
[0019]本专利技术还提供一种液态金属电池，包括上述负极集流体。
[0020]可选的，所述液态金属电池还包括：正极，所述正极与所述负极集流体相对设置，所述液态金属电池完全放电后所述正极与所述负极集流体之间的间距大于0.01mm；导电壳体，所述正极与所述负极集流体均位于所述导电壳体内，所述正极与所述导电壳体的内壁抵接；所述液态金属电池未工作时，所述负极集流体的侧面与所述导电壳体侧壁的距离为所述液态金属电池在完全充电状态下负极集流体与正极之间的间距的0.9倍
‑
1倍。
[0021]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的负极集流体，其表面具有凹槽，凹槽的设置增大了负极集流体的表面积，使得液态金属电池工作时有更多的熔融电解质与负极集流体孔隙内负极液态金属接触，从而增大了熔融电解质与负极液态金属的物质交换程度以及负极金属离子的迁移速率，进而增大了液态金属电池的充电与放电速率。同时，凹槽的设置改变了凹槽附近的电场分布，使得熔融电解质在凹槽附近形成小湍流，这也有利于增大熔融电解质与负极液态金属的物质交换程度以及负极金属离子的迁移速率，从而增大液态金属电池的充电与放电速率。
[0022]2.本专利技术提供的负极集流体，凹槽位于所述第一表面和/或所述侧面，能够限制熔融电解质的波动，从而降低熔融电解质在负极集流体附近的局部波动程度，进而降低了由于熔融电解质的剧烈波动导致正极液态金属与负极集流体接触使液态金属电池发生短路的风险。
[0023]3.本专利技术提供的负极集流体，所述第一表面与所述侧面之间具有第一倒角，和/或，所述凹槽的槽壁与所述凹槽所位于表面之间具有第二倒角。第一倒角的存在降低了第一表面与侧面相交位置的尖锐程度，第二倒角的存在降低了凹槽的槽壁与凹槽所处表面的相交位置的尖锐程度，从而降低了液态金属电池工作时内部电场的变化程度，提高了电场的均匀性，进而进一步降低了熔融电解质在负极集流体附近的局部波动程度，有效降低了液态金属电池发生短路的风险。
[0024]4.本专利技术提供的负极集流体，所述第一表面与第二表面的形状适于与所述正极朝
向所述负极集流体的一侧表面的形状相同，以使负极集流体的侧面的不同位置至液态金属集流体的导电壳体侧壁的距离相同，从而提高了负极集流体的侧面与导电壳体侧壁之间的电场的均匀性，进而进一步降低了熔融电解质在负极集流体附近的局部波动程度，有效降低了液态金属电池发生短路的风险。
[0025]5.本专利技术提供的负极集流体，靠近所述第二表面的第二段内孔隙的平均尺寸大于靠近所述第一表面的第一段内孔隙的平均尺寸，第二段能够负载更多的负极材料，这能够提高液态金属电池的电容量；同时，在液态金属电池中第二段位于第一段上方设置，使得液态金属电池工作时，位于孔隙内的负极液态金属不易溢出，保证了液态金属电池的稳定性。
[0026]6.本专利技术提供的液态金属电池，其内部的负极集流体表面具有凹槽，增大了熔融电解质与负极液态金属的物质交换程度以及负极金属离子的迁移速率，从而增大了液态金属电池的充电与放电速率。
[0027]7.本专利技术提供的液态金属电池，通过限定液态本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种负极集流体，其特征在于，所述负极集流体为多孔结构，所述负极集流体的孔隙内适于负载负极材料，所述负极集流体的表面具有凹槽，所述负极集流体适于完全浸入液态金属电池的熔融电解质中。2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述负极集流体具有相对设置的第一表面和第二表面、以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述第一表面适于朝向所述液态金属电池的正极，所述第二表面适于背向所述正极，所述凹槽位于所述第一表面、第二表面和侧面中的至少一个面。3.根据权利要求2所述的负极集流体，其特征在于，所述凹槽位于所述第一表面和/或所述侧面。4.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述凹槽为至少一个线性槽和/或至少一个环形槽。5.根据权利要求1至4任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述凹槽的深宽比大于等于2。6.根据权利要求5所述的负极集流体，其特征在于，一个凹槽的深度与所述负极集流体在所述凹槽的深度方向的尺寸之比为1/20
‑
1/3。7.根据权利要求6所述的负极集流体，其特征在于，所述凹槽的深度为3mm
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6mm，所述凹槽的宽度为1.5mm
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3mm。8.根据权利要求2所述的负极集流体，其特征在于，所述第一表面与所述侧面之间具有第一倒角；和/或，所述凹槽的槽壁与所述凹槽所处表面之...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴云翼，孙长平，尹立坤，李宝让，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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