[发明专利]一种液态金属电池负极集流体结构及其组装方法

说明书

本发明公开了一种液态金属电池负极集流体结构及其组装方法，一种液态金属电池负极集流体结构，包括集流体杆、多孔金属板、泡沫金属和三叉垫片；所述的集流体杆与多孔金属板连接，泡沫金属夹在多孔金属板和三叉垫片之间并贴合，三叉垫片通过导体紧固件与集流体杆连接。该结构解决了液态金属电池在常温和高温下的物理化学稳定性，并优化电池反应速率和电流收集效率，降低电池内部阻抗等技术问题。

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，涉及一种液态金属电池负极集流体结构及其组装方法。

背景技术

液态金属电池是面向电网级储能应用的新型二次电池。电池负极一般为碱金属或碱土金属的单质或合金，正极一般为能和负极形成合金且与负极有一定电势差的过渡金属单质、合金、或其它化合物。电解质为与负极金属对应的无机盐或其混合物。当电池运行时，其金属电极及无机盐电解质在高温下熔融为液态，并依照密度差异自动分层。放电时，负极金属失去电子，并通过外电路做功。负极金属离子化后通过熔盐迁移到正极并与正极金属合金化。充电时，电池执行相反的过程。通过上述的合金化及去合金化过程，液态金属电池可以完成电能的存储与释放，实现与外部的能量交换。

液态金属电池在存放和运行过程中，电池内部的集流体结构不能与电池内部的材料、气体发生化学反应。这是因为，一方面，发生化学反应可能会造成电池结构的腐蚀，造成电池负极集流体与负极材料和电解质材料的脱离，起不到电流的收集和传输功能，从而引起电池失效；另一方面，与内部材料发生化学反应，会造成电池内部活性材料的变质，可能会造成电池性能的下降甚至失效。因此保持电池结构在存放及运行过程中的理化稳定性至关重要。

液态金属电池内部负极材料为高温熔融金属，具有良好的流动性，而电池壳体一般采用金属或合金结构，因此二者的接触必定造成电池的短路。也就是说，需要设计一个能够将熔融金属约束起来不会与电池壳体相接触的结构；该约束结构需要与集流体杆具有足够的接触面积，以减少电池内部接触电阻；为了提高电极材料的反应速率，应尽量提高负极材料与集流体的接触面积；此外，负极集流体为电池内部突出结构，需要具有良好的物理稳定性，以避免其在电池内部与壳体或正极材料接触，并提供稳定的电流。

目前，液态金属电池尚未产业化；已有的专利中，部分采用实心负极集流体并利用氮化硼陶瓷管阻隔电池负极材料与壳体的接触，但该结构一方面会造成电池重量的上升，一方面负极材料与负极集流体的接触面积有限，反应速率受到严重制约；本项目组前期也提出过采用泡沫金属束缚负极材料的方法，但泡沫金属因结构和材质限制不能与集流体杆进行焊接，因此基本采用手工方式用铁丝穿透泡沫金属捆绑方式进行泡沫金属的固定，使得制备出的电池穿孔大小、方位、下端保留铁丝凸起都不一致，从造成制备出的电池单体一致性较差。众所周知电池单体性能的一致性对电池的成组及系统化至关重要，因此，该结构断不能成为液态金属电池工业生产所采用的结构。

针对液态金属电池进行新型负极集流体结构设计，解决液态金属电池在常温和高温下的理化稳定性，并优化电池反应速率和电流收集效率，降低电池内部阻抗，我们提出了新型负极集流技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态金属电池负极集流体结构及其组装方法，解决了液态金属电池在常温和高温下的物理化学稳定性，并优化电池反应速率和电流收集效率，降低电池内部阻抗等技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种液态金属电池负极集流体结构，包括集流体杆、多孔金属板、泡沫金属和三叉垫片；所述的集流体杆与多孔金属板连接，泡沫金属夹在多孔金属板和三叉垫片之间并贴合，三叉垫片通过导体紧固件与集流体杆连接。

所述的集流体杆底部设置有内螺孔，导体紧固件为螺丝；螺丝端部依次穿过三叉垫片和泡沫金属并与集流体杆螺纹连接。

所述的多孔金属板上设置有多个孔，其中心孔用于安装集流体杆。