[发明专利]一种液态金属电池装置及其装配方法

说明书

本发明提出了一种液态金属电池装置及其装配方法，属于储能电池技术领域。该电池装置包括金属材质的电池壳体，电池壳体内从上到下依次放置负极集流体、负极材料、电解质、正极材料和正极集流体。负极材料填充于充当负极集流体的多孔泡沫金属材料中，电池壳体为负极电流引出体。正极材料置于充当正极集流体的金属坩埚内，正极金属坩埚与电池壳体之间填充陶瓷绝缘件，正极金属坩埚底部连接有电流引出体。电池壳体的底部端盖中心开有孔，正极电流引出体伸出孔外，孔上设有密封绝缘材料并将正极电流引出体和电池壳体紧密连接并互相绝缘。该电池装置能避免活性负极金属及其蒸气腐蚀密封材料，能有效延长液态金属电池的运行寿命，其结构简单、高效实用。

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，特别是指一种液态金属电池装置及其装配方法。

背景技术

为了应对能源危机和日益增长的环境压力，世界各国在太阳能、风能等可再生能源的开发和利用上投入了大量人力和物力，全球可再生能源的发电容量在逐年递增。然而，风电和光伏发电都具有不连续和不稳定的特点，将其并入现有电网达到一定的比例时，这种不稳定因素可能对局部电网造成巨大冲击甚至引发恶性事故。储能技术是消除可再生能源大规模开发利用瓶颈的关键技术，可提高风电和光伏发电的利用效率，同时，也可改善电力供需矛盾，平抑电网峰谷差，提高传统发电效率，提高电网安全性和稳定性。储能技术是智能电网的必要组成部分。

电化学储能具有能量密度高、响应时间快，维护成本低、安装灵活方便等特点，成为储能技术的热点发展方向。目前，主要的电化学储能技术有铅酸电池、钠硫电池、液流电池、锂离子电池等。然而铅酸电池循环寿命较短，钠硫电池尚未解决高温运行条件下的安全问题和电解质的高成本问题，锂离子电池和液流电池成本也较高，且液流电池还面临电解液、隔膜材料等关键技术问题。

为提高储能电池寿命并降低成本，美国麻省理工学院的Donald R.Sadoway教授提出液态金属电池应用于电网大规模储能的新概念。液态金属电池的基本特征是：电池在300℃～700℃运行，正负极金属和无机盐电解质均为液态，电解质、正极和负极密度不同且互不相溶，液态物质自动分为三层。该电池结构简单、易放大、高倍率充放电性能好、循环寿命长，是一种很有潜力的大规模储能技术。

然而，目前液态金属电池也存在缺陷，电池需要在较高的温度下运行，电池内正负极和电解质材料均为液态，它们对水、氧十分敏感，因此电池对密封的要求非常高。高温下，液态的正负极和电解质材料对正负极集流体、绝缘密封材料、电池壳体等具有一定的腐蚀性，特别是作为负极材料的活性碱金属或碱土金属对密封绝缘材料的腐蚀尤为强烈，这会导致电池的密封效果大大减弱，从而严重影响电池的运行寿命。

因此，如何提供一种高温下密封性和耐腐蚀性均良好的液态金属电池装置，减少负极活性金属材料及其蒸气对密封材料的腐蚀，并有效延长液态金属电池的运行寿命，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种液态金属电池装置及其装配方法，减少负极活性金属材料及其蒸气对密封材料的腐蚀，提高液态金属电池的运行寿命。

该装置包括金属材质的电池壳体，电池壳体内从上到下依次放置负极集流体、负极材料、电解质、正极材料和正极集流体；负极材料填充于充当负极集流体的多孔泡沫金属材料中，电池壳体为负极电流引出体；正极材料置于充当正极集流体的金属坩埚内，用陶瓷绝缘件使正极金属坩埚与电池壳体之间绝缘；正极金属坩埚底部连接有电流引出体，电池壳体的底部端盖中心开有孔，正极电流引出体伸出孔外，孔上设有密封绝缘材料并将正极电流引出体和电池底部端盖紧密连接并互相绝缘；电池壳体与其底部端盖通过焊接密封。

负极材料为Li、Na、K、Mg、Ca、Ba中的一种或多种的混合物；电解质为负极材料对应的卤族无机盐中的一种或多种的混合物；正极材料为Sn、Pb、Bi、Sb、Te、Zn中的一种或多种的混合物。