一種液態金屬電池裝置及其裝配方法
【專利摘要】一種液態金屬電池裝置及其裝配方法，該電池裝置包括金屬材質的電池殼體，電池殼體內從下到上依次設有正極材料、電解質和電流收集器，且電解質被設在電池殼體內的金屬網孔分隔器分隔成上下兩部分；電流收集器包括設在電解質上表面并浸入電解質的吸附有負極材料的金屬多孔材料、設在金屬多孔材料上方的金屬孔板和設在金屬孔板上方的金屬電流引出桿；電池殼體的頂部中心開有孔，孔上設有密封絕緣陶瓷件，金屬電流引出桿的頂端伸出孔外，由密封絕緣陶瓷件將金屬電流引出桿的頂端與電池殼體緊固、密封并絕緣。該電池裝置能防止電池內部短路，延長其運行壽命，其結構簡單、成本低廉、高效實用。其裝配方法簡單實用，易于工業化大生產。
【專利說明】一種液態金屬電池裝置及其裝配方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電化學儲能電池領域，具體涉及一種液態金屬電池裝置及其裝配方 法。
【背景技術】
[0002] 當今世界的迅速發展，伴隨著大量能源的消耗，能源問題日益嚴峻，如何在有限的 資源下高效地利用好現有的能源產出已經成為人們關注的熱點問題。眾所周知，電力系統 中，電能的削峰填谷，新能源等間歇能源的高效利用并網發電都需要高效的儲能技術作為 支撐。大容量的儲能技術主要分為化學儲能（如鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等）、物 理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）和電磁儲能（如超導儲能、超級電容器 等）三大類。其中化學儲能（電池技術）由于具有能量轉換效率高、對環境和空間要求低以 及成本相對較低等優點，已經成為未來智能電網中大規模儲能技術的首選。目前幾種主流 的用于儲能的電池技術主要包括鉛酸電池、鈉硫電池、鋰離子電池和全釩液流電池等。其中 鉛酸電池的能量密度低，充放電速度慢，循環壽命短，且對環境污染大；鈉硫電池由于采用 β_氧化鋁固體電解質，其制造成本高且熱穩定性較差，容易發生破裂而導致嚴重的安全事 故；鋰離子電池的電流密度低且制造成本較高；液流電池也面臨著電解液、電極極板特別 是離子交換膜等關鍵材料的技術問題和儲能價格偏高的問題。這些都在一定程度上限制了 其在電網儲能方面的應用，而另一種為電網儲能量身定做的，成本低廉、放電速率高、壽命 長并且非常安全的電池技術已經誕生--液態金屬電池技術。
[0003] 2007年，用于大規模電力系統儲能的"全液態金屬電池"概念由美國麻省理工學院 教授D. R. Sadoway提出。此全液態金屬電池在高溫下，兩電極均為液態金屬，電解質為熔融 態無機鹽，電極與電解質由于密度不同且互不混溶而自然分層，電解質自然將兩液態金屬 電極隔開。然而，在一些電極體系中，如正極材料含金屬銻（Sb)等的電池在放電過程中負極 材料和正極材料發生合金化，生成高溫下的固態金屬間化合物，而隨著放電過程繼續進行， 生成的金屬間化合物的成分隨之改變，從而在金屬間化合物內部產生內應力而使得金屬間 化合物層拱起，將正極和負極連接起來，造成電池內部短路。（Bradwell D J，Kim H，Sirk A H C，et al. Magnesium - Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage[J]. Journal of the American Chemical Society,2012,134 (4):1895-1897.)
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種液態金屬電池裝置及其裝配方法，利用金屬網孔分隔 器設計來阻止液態金屬電池中正極材料和負極材料之間短路的發生，從而延長液態金屬電 池的運行壽命。可以有效地防止電池內部短路，從而使電池獲得穩定且高效的電化學性能。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0006] -種液態金屬電池裝置，包括金屬材質的電池殼體，電池殼體內從下到上依次設 置有正極材料、電解質和電流收集器，并且電解質被設置在電池殼體內的金屬網孔分隔器 分隔成上下兩部分；電流收集器包括吸附有負極材料的金屬多孔材料、固定在金屬多孔材 料上方的帶有若干通孔的金屬孔板、以及固定在金屬孔板上方的金屬電流引出桿；金屬多 孔材料的底部浸入在電解質內，電池殼體頂部的中心位置開設有孔，孔上設有密封絕緣陶 瓷件，金屬電流引出桿的頂端伸出孔外，并由密封絕緣陶瓷件將其緊固在電池殼體的上表 面上，且金屬電流引出桿的頂端和電池殼體的頂部通過密封絕緣陶瓷件密封并互相絕緣； 其中金屬電流引出桿的頂端為電池負極，電池殼體為電池正極；在電池運行狀態下，正極 材料、電解質和吸附在金屬多孔材料上的負極材料均呈液態，負極材料浸潤金屬多孔材料， 且正極材料的密度大于電解質的密度，電解質的密度大于負極材料的密度，正極材料、電解 質、負極材料間互不相容。
[0007] 所述的正極材料為Al、Zn、Ga、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Ti、Pb、Bi中的一種或多種 的混合物；負極材料為Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或多種的混合物；電解質為 負極材料對應的鹵族無機鹽中的一種或多種的混合物。
[0008] 所述的金屬網孔分隔器焊接在電池殼體內，金屬網孔分隔器的材質為不銹鋼或鈦 合金；金屬網孔分隔器包括金屬網孔支撐板、以及設置在金屬網孔支撐板上的金屬網；其 中金屬網孔支撐板的網孔孔徑為3?6mm，厚度為3?5mm ;金屬網的網孔孔徑小于1mm，厚 度小于lmm〇
[0009] 所述的電解質的整體厚度為1?3cm，電解質被金屬網孔分隔器分隔成的上下兩 部分的厚度比為（1.5?2.5) :1。
[0010] 所述的金屬多孔材料的邊沿與電池殼體的側壁之間的距離為8?15mm。
[0011] 所述的金屬多孔材料的材質為鎳、鋯、鈦或其合金，金屬多孔材料的平均孔隙直徑 小于1mm，孔隙率為70?85%。
[0012] 所述的密封絕緣陶瓷件的材質為氧化鋁或氧化鋯。
[0013] 所述的電池殼體的材質為不銹鋼或鈦合金，電池殼體的形狀為方形。
[0014] 所述的金屬孔板的材質為不銹鋼或鈦合金；
[0015] 所述的金屬電流引出桿的材質為不銹鋼或鈦合金，直徑為1?2cm。
[0016] 液態金屬電池裝置的裝配方法，包括以下步驟：
[0017] 1)電池殼體由帶孔的金屬上蓋、金屬管和金屬端蓋組成，將金屬網孔分隔器焊接 在金屬管內，然后將金屬端蓋焊接在金屬管的底部，得到電池腔體；
[0018] 2)將金屬孔板固定在金屬多孔材料上，再將金屬電流引出桿固定在金屬孔板上， 組成電流收集器；然后在金屬上蓋的孔上裝設密封絕緣陶瓷件，通過密封絕緣陶瓷件將金 屬電流引出桿的頂部與金屬上蓋緊固連接；
[0019] 3)將負極材料加熱至熔化，利用電流收集器的金屬多孔材料與負極材料的浸潤 性，使電流收集器吸收液態的負極材料，吸收完成后冷卻，接著依次將正極材料和電解質放 在電池腔體內，電解質被金屬網孔分隔器分隔成上下兩部分，然后向電池腔體內充入惰性 氣體，再將與電流收集器緊固連接的金屬上蓋焊接在電池腔體上，升溫至運行溫度得到全 充電電池；
[0020] 或者在室溫下，依次將正極材料、負極材料和電解質放在電池腔體內，電解質被金 屬網孔分隔器分隔成上下兩部分，然后向電池腔體內充入惰性氣體，再將與電流收集器緊 固連接的電池上蓋焊接在電池腔體上，升溫至運行溫度得到全放電電池。
[0021] 相對于現有技術，本發明的有益效果為：
[0022] 本發明提供的液態金屬電池裝置能夠明顯增強電池抵抗外界環境變化的能力，具 有很高的工作壽命，并且具有較高的能量轉換效率，其結構簡單、成本低廉、高效實用，利用 金屬網孔分隔器來阻止液態金屬電池中正極材料和負極材料之間短路的發生，從而延長液 態金屬電池的運行壽命。可以有效地防止電池內部短路，從而使電池獲得穩定且高效的電 化學性能。另外還具有以下優點：
[0023] 1.液態金屬電池兩液態電極和熔融電解質由于密度不同自動分層，在放電過程中 負極材料和正極材料合金化，生成高溫下的固態金屬間化合物，而隨著放電過程繼續進行 金屬間化合物內部產生內應力而使得金屬間化合物層拱起，將正極和負極連接起來，造成 電池內部短路。本發明通過設置金屬網孔分隔器來抑制在正極區生成的固態合金向負極擴 展，以達到避免電池過早失效的目的，這使得液態金屬電池有了更長的壽命和更加穩定的 性能，使其真正適用于長期的靜態儲能應用。
[0024] 2.本發明提供的液態金屬電池裝置，通過使用陶瓷與金屬的封接的技術，將密封 絕緣陶瓷件用于電池殼體和金屬電流引出桿之間的緊固、密封和絕緣，克服了高溫下材料 的腐蝕、密封和絕緣問題，能夠大大降低成本。
[0025] 3.本發明取消了傳統液態/半液態金屬電池裝置中在金屬筒殼體內部涂覆絕緣 陶瓷層或加裝絕緣陶瓷管的設計，直接使用與液態的負極材料有著良好浸潤性的金屬多孔 材料來吸附負極材料，創造性地實現了負極與正極側壁的分隔，極大地降低了成本。
[0026] 本發明提供的液態金屬電池裝置的裝配方法，具有簡單實用的優點，能夠根據不 同情況裝配出全充電電池或全放電電池，利于工業化大生產，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為液態金屬電池裝置的結構示意圖；
[0028] 圖2為內含金屬網孔分隔器的液態金屬電池單循環電壓曲線
[0029] 圖3為內含金屬網孔分隔器的液態金屬電池循環性能曲線；
[0030] 其中，1為電池殼體，2為電解質，3為正極材料，4為金屬多孔材料，5為金屬孔板， 6為密封絕緣陶瓷件，7為金屬電流引出桿，8為金屬網孔分隔器。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0032] 本發明提供的具有以下幾個重要改進點：
[0033] 1.當液態金屬電池的容量變得很大時，電池的設計是一個很關鍵的因素。液態金 屬電池包含的三種不同液體基于互相的不混溶性和密度的不同而自然分層，一層電負性較 低的液態金屬位于頂部，另一種液態金屬（或者液態金屬合金）位于底部，熔融鹽電解質位 于兩者之間。擁有較低電負性的金屬層作為負極，較高電負性的金屬層作為正極。采用這 種設計的電池可以承受很高的電流密度但只引起微不足道的電荷轉移過電位，同時結構簡 單、容易組裝。然而在電池充放電循環的過程中，固相金屬間化合物會在電解質和正極的界 面生成，固相金屬間化合物成分改變會產生內部應力，在有些情況下固相金屬間化合物層 會拱起，穿過電解質將正極和負極連接在一起，造成電池內部短路，從而使得電池失效，縮 短電池運行壽命。此前液態金屬電池的設計尚沒有有效的措施來阻止電池由于金屬間化合 物生成而導致的短路失效。而本發明在正負極之間的電解質內加裝金屬網孔分隔器，用于 限制固相金屬間化合物的變形，從而防止電池失效。金屬網孔分隔器既要滿足低成本、高強 度并且允許離子電荷快速傳輸的條件，還不能因為固相金屬間化合物的生長而改變在電池 內部的位置。實驗結果表明，本發明提出的金屬網孔分隔器可以有效地防止電池內部短路 的發生，從而使得電池獲得穩定且高效的電化學性能，延長了電池的運行壽命，這已經被電 池穩定的運行性能證明。而且金屬網孔分隔器的設計廉價且易于實施，幾乎沒有附加成本。
[0034] 2.由于液態金屬電池在300?700°C運行，與金屬封接的陶瓷塊和金屬材料必 須在不同溫度之間膨脹速率基本一致，否則封接結構會因為陶瓷與金屬材料的膨脹速率 不一致而產生熱應力，使得封接層開裂、失效。現行成熟的能與金屬封接的陶瓷材料主要 包括：氧化鋁瓷、氧化鈹瓷、氧化鎂瓷、氧化鋯瓷、鎂橄欖石瓷、滑石瓷、尖晶石瓷和莫來石 瓷等，金屬采用在具體電極和電解質體系中抗腐蝕的金屬材料，如不銹鋼、鈦合金等。所 以，要實現抗負極材料腐蝕的氮化硼等陶瓷材料或涂層與金屬的封接，首先要找到一種具 有與其膨脹率匹配的金屬材料，這種技術實施難度極大，成本非常高（中國專利申請號： 201310131587. 5)。而本發明涉及的用于絕緣密封的密封絕緣陶瓷件由于不與電極材料直 接接觸，不再需要嚴格抗負極材料腐蝕的氮化硼等昂貴的陶瓷材料或涂層，可采用現行技 術中最成熟、成本最低的氧化鋁、氧化鋯等陶瓷。另外，本發明涉及的密封絕緣陶瓷件的尺 寸非常小，且為簡單的圓筒形，最大尺寸在10?20mm之間，這使得密封絕緣陶瓷件本身的 材料成本非常小，且密封絕緣陶瓷件與金屬材質的電池殼體的封接面面積也很小，使得本 發明提供的液態金屬電池裝置的成本非常低。
[0035] 3.用于吸附負極材料的金屬多孔材料的選取需要考慮以下幾點：1).需要在具體 電極和電解質體系的運行溫度下具有足夠的強度，高溫下不易變形；2).金屬多孔材料只 有在一定溫度以上才會和具體的液態負極材料有足夠的浸潤性，所以金屬多孔材料的選取 需要考慮到它和液態負極材料產生足夠浸潤性的溫度，這一臨界溫度必須低于電池的實際 運行溫度，從而保證對負極材料的良好吸附性。經研究發現，金屬多孔材料可以選取的材料 有鎳、鋯、鈦及其合金。3).金屬多孔材料的孔隙越小，吸附性越強，但是吸附的液態負極材 料的量也越少，所以孔隙的大小也是一個影響吸附性的參數。實驗發現，當金屬多孔材料的 平均孔隙直徑大小在1_以內，孔隙率在80%左右時吸附效果最好。
[0036] 4.由于液態負極材料在其相應的鹵族熔融無機鹽電解質中具有一定的溶解度，實 驗發現，當電流收集器的外周與電池殼體的側壁之間的距離小至5?7_時，吸附在與負極 材料有著良好浸潤性的金屬多孔材料中的負極材料會在電池運行過程中形成漏電流的通 路，以純質負極材料的形式形成細絲或細帶狀電流通路，將金屬多孔材料的外周和電池殼 體的側壁連接起來，這種形式的微短路會繼續擴展，最終導致電池失效，即徹底短路。所以， 本發明的設計要求電流收集器的外周與電池殼體的側壁之間的距離大于8_，從而防止微 短路的出現。
[0037] 5.電池殼體為方形設計，節省空間，更加適合串并聯成組連接，且正極材料不易從 電池殼體的側壁上爬，能夠防止短路，保證電池有著理想的運行壽命，使得單體電池能夠真 正成為大規模儲能系統中的儲能模塊基元。
[0038] 經實驗發現，在取消傳統液態金屬電池裝置中在金屬圓筒形殼體內部涂覆的絕緣 陶瓷層或加裝的絕緣陶瓷管后，正極材料由于與金屬圓筒形殼體的側壁直接接觸，且與殼 體側壁具有一定的浸潤性，使得正極材料在電池運行過程中會沿著殼體側壁上爬，而這部 分沿殼體側壁上爬的正極材料會在與吸附有負極材料的金屬多孔材料距離最近的地方增 強這種微短路形成過程，正極材料部分參與形成細絲或細帶狀電流通路將金屬多孔材料的 外周和殼體側壁連接起來。為了限制正極材料沿殼體側壁上爬以協助負極材料單質從金屬 多孔材料中擴散至殼體側壁，最終形成漏電流通路，造成電池微短路的現象，研究發現當金 屬的電池殼體的形狀由圓形變為方形時，由于四個并不光滑過度的直角的存在，正極材料 由于張力的作用并不能在這些直角處順利地上爬，這四個直角像四個釘子一樣將向上攀爬 的正極材料釘扎在電池腔體的底部，從而很好的限制了正極材料上爬的現象出現。而且，明 顯地，方形的電池殼體的設計在橫向和縱向上比圓形的電池殼體設計更加有效地利用了空 間，并且更加利于堆垛和串并聯連接，這對于單體電池串并聯形成儲能模組奠定了基礎，使 得單體電池真正成為大規模儲能系統中的儲能模塊基元。
[0039] 參見圖1，本發明提供的液態金屬電池裝置包括方形的電池殼體1，金屬網孔分隔 器8,電流收集器，正極材料3,負極材料和電解質2 ;
[0040] 電池殼體1內從下到上依次設置有正極材料3、電解質2和電流收集器，并且電解 質2被設置在電池殼體1內的金屬網孔分隔器8分隔成上下兩部分；
[0041] 由圖2所示，金屬網孔分隔器8的材質為不銹鋼或鈦合金；金屬網孔分隔器8包括 金屬網孔支撐板、以及設置在金屬網孔支撐板上的金屬網；其中金屬網孔支撐板用于給金 屬網孔分隔器8提供物理強度，其網孔孔徑為3?6_，厚度為3?5_ ;金屬網用于防止不 均勻的固相在電池橫截面上生成，其網孔孔徑小于1mm，厚度小于1mm。
[0042] 電流收集器由帶有若干通孔的金屬孔板5、金屬多孔材料4、金屬電流引出桿7和 幾枚緊固螺栓組成；金屬多孔材料4位于電解質2的上表面，并吸附有負極材料；金屬孔板 5通過緊固螺栓緊固在金屬多孔材料4的上方；金屬電流引出桿7固定在金屬孔板5上方 的中心位置。
[0043] 電池殼體1包括電池腔體，金屬上蓋和密封絕緣陶瓷件6。電池腔體由金屬方管和 位于底部的金屬方形端蓋沿焊接而成；金屬上蓋為在中心位置上具有一定尺寸（與密封絕 緣陶瓷件6配合，直徑大約10?20mm)圓孔的方形端蓋；電池腔體的上端與金屬上蓋對接， 對接由電池腔體的上沿和金屬上蓋的下沿利用焊接實現；金屬電流引出桿7的頂端伸出圓 孔外，利用密封絕緣陶瓷件6使得金屬上蓋的圓孔和金屬電流引出桿7的頂端密封、絕緣、 緊固連接。金屬電流引出桿7的頂端為電池負極，電池殼體1為電池正極。
[0044] 正極材料 3 為惰性金屬，如 Al、Zn、Ga、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Ti、Pb、Bi 等及其合 金；負極材料為活性金屬，如Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba等及其合金；電解質2為相應 的負極材料的鹵族無機鹽中的一種或多種的混合物。電解質2的整體厚度為1?3cm，電解 質2被金屬網孔分隔器8分隔成的上下兩部分的厚度比為（1.5?2.5) :1。
[0045] 正極材料、負極材料和電解質在電池運行溫度下（300?700°C )都處于液態，由于 密度不同且不互溶，正極材料和負極材料被熔融態的電解質隔開，正極材料位于底部，與電 池殼體的底部接觸，負極材料位于熔融態的電解質上方,并浸潤電流收集器。
[0046] 金屬多孔材料4的邊沿與電池殼體1的側壁之間的距離為8?15mm。金屬多孔 材料4的材質為鎳、鋯、鈦及其合金。金屬多孔材料4的平均孔隙直徑小于1mm，孔隙率為 70?85%。密封絕緣陶瓷件6的材質為氧化鋁或氧化鋯。電池殼體1、金屬孔板5和金屬 電流引出桿7的材質為不銹鋼或鈦合金，金屬電流引出桿7的直徑為1?2cm。
[0047] 本發明提供的液態金屬電池裝置的裝配方法，包括以下步驟：
[0048] 1)電池殼體1由帶孔的金屬上蓋、金屬方管和金屬方形端蓋組成，將金屬網孔分 隔器8焊接在金屬方管內，然后將金屬方形端蓋焊接在金屬方管的底部，得到電池腔體；
[0049] 2)將金屬孔板5固定在金屬多孔材料4上，再將金屬電流引出桿7固定在金屬孔 板5上，組成電流收集器；然后在金屬上蓋的孔上裝設密封絕緣陶瓷件6,通過密封絕緣陶 瓷件6將金屬電流引出桿7的頂部與金屬上蓋緊固連接；
[0050] 3)將負極材料加熱至熔化，利用電流收集器的金屬多孔材料4與負極材料的良好 浸潤性，使電流收集器吸收液態的負極材料，吸收完成后冷卻，接著依次將正極材料3和電 解質2放在電池腔體內，電解質2被金屬網孔分隔器8分隔成上下兩部分，然后向電池腔體 內充入惰性氣體，再將與電流收集器緊固連接的金屬上蓋焊接在電池腔體上，這種裝配方 式稱為全充電裝配，以這種方式裝配的電池稱為全充電電池；
[0051] 或者在室溫下，依次將正極材料3、負極材料和電解質2放在電池腔體內，電解質 2被金屬網孔分隔器8分隔成上下兩部分，然后向電池腔體內充入惰性氣體，再將與電流收 集器緊固連接的電池上蓋焊接在電池腔體上，這種方式稱為全放電裝配，以這種方式裝配 的電池稱為全放電電池。
[0052] 為了驗證本發明提供的液態金屬電池裝置的具體實用性能，使用此液態金屬電池 裝置組裝了一系列具有不同電極材料和電解質的電池，并對其進行了電化學測試，均取得 了很好的效果。以下選取其中一個實例來具體說明此液態金屬電池裝置的穩定性和實用 性。
[0053] 將內含金屬網孔分隔器的Li | | Sb-Pb電池組裝之后發現擁有很好的運行性能。先 將金屬網焊接到金屬網孔支撐板上，得到金屬網孔分隔器，之后再將金屬網孔分隔器焊接 在電池殼體內壁的一定高度上，再把正極銻鉛合金放入電池內腔底部，接著加入電解質，電 解質被金屬網孔分隔器分為上下兩層，然后放入吸附有負極材料的電流收集器，最后充入 高純氬氣并將金屬上蓋焊接在電池腔體的頂部，完成液態金屬電池的制作后將其加熱到運 行溫度。該液態金屬電池成功地在高電流密度下運行，并有著非常好的性能。如圖3所示， 該液態金屬電池在接近超過180個循環時依然有著非常高的庫倫效率（99% )，較高的能量 效率（75% )和非常穩定的放電容量。
[0054] 金屬網孔分隔器的設計已經證明能夠有效地防止電池過早地失效，從而使得 電池獲得更好更穩定的性能。這是一個廉價的、經濟上完全可行的增加液態金屬電池 運行壽命的方案。此網孔分隔器的設計也可以應用在其他液態電池體系如Na| |Sb-Pb， Ca-Mg I I Sb-Pb，Mg I I Sb-Pb，和 Sr I I Pb-Sb 等。
【權利要求】
1. 一種液態金屬電池裝置，其特征在于：包括金屬材質的電池殼體（1)，電池殼體（1) 內從下到上依次設置有正極材料（3)、電解質（2)和電流收集器，并且電解質（2)被設置在 電池殼體（1)內的金屬網孔分隔器（8)分隔成上下兩部分；電流收集器包括吸附有負極材 料的金屬多孔材料（4)、固定在金屬多孔材料（4)上方的帶有若干通孔的金屬孔板（5)、以 及固定在金屬孔板（5)上方的金屬電流引出桿（7);金屬多孔材料（4)的底部浸入在電解 質（2)內，電池殼體（1)頂部的中心位置開設有孔，孔上設有密封絕緣陶瓷件（6)，金屬電 流引出桿（7)的頂端伸出孔外，并由密封絕緣陶瓷件￠)將其緊固在電池殼體（1)的上表 面上，且金屬電流引出桿（7)的頂端和電池殼體（1)的頂部通過密封絕緣陶瓷件（6)密封 并互相絕緣；其中金屬電流引出桿（7)的頂端為電池負極，電池殼體（1)為電池正極；在電 池運行狀態下，正極材料（3)、電解質（2)和吸附在金屬多孔材料（4)上的負極材料均呈液 態，負極材料浸潤金屬多孔材料（4)，且正極材料（3)的密度大于電解質（2)的密度，電解質 (2)的密度大于負極材料的密度，正極材料（3)、電解質（2)、負極材料間互不相容。
2. 根據權利要求1所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的正極材料（3)為A1、 Zn、Ga、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Ti、Pb、Bi中的一種或多種的混合物；負極材料為Li、Na、K、 他、〇8、1\%、〇3、51'、1^中的一種或多種的混合物 ；電解質（2)為負極材料對應的鹵族無機鹽 中的一種或多種的混合物。
3. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的金屬網孔分隔 器（8)焊接在電池殼體（1)內，金屬網孔分隔器（8)的材質為不銹鋼或鈦合金；金屬網孔分 隔器（8)包括金屬網孔支撐板、以及設置在金屬網孔支撐板上的金屬網；其中金屬網孔支 撐板的網孔孔徑為3?6_，厚度為3?5mm ;金屬網的網孔孔徑小于1_，厚度小于1_。
4. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的電解質（2)的 整體厚度為1?3cm，電解質（2)被金屬網孔分隔器（8)分隔成的上下兩部分的厚度比為 (1. 5 ?2. 5) :1。
5. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的金屬多孔材料 (4)的邊沿與電池殼體（1)的側壁之間的距離為8?15mm。
6. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的金屬多孔材料 (4)的材質為鎳、鋯、鈦或其合金，金屬多孔材料（4)的平均孔隙直徑小于1mm，孔隙率為 70 ?85%。
7. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的密封絕緣陶瓷 件（6)的材質為氧化鋁或氧化鋯。
8. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的電池殼體（1)的 材質為不銹鋼或鈦合金，電池殼體（1)的形狀為方形。
9. 根據權利要求1或2所述的液態金屬電池裝置，其特征在于：所述的金屬孔板（5)的 材質為不銹鋼或鈦合金； 所述的金屬電流引出桿（7)的材質為不銹鋼或鈦合金，直徑為1?2cm。
10. 權利要求1-9中任意一項所述的液態金屬電池裝置的裝配方法，其特征在于，包括 以下步驟： 1)電池殼體⑴由帶孔的金屬上蓋、金屬管和金屬端蓋組成，將金屬網孔分隔器⑶焊 接在金屬管內，然后將金屬端蓋焊接在金屬管的底部，得到電池腔體； 2) 將金屬孔板（5)固定在金屬多孔材料（4)上，再將金屬電流引出桿（7)固定在金屬 孔板（5)上，組成電流收集器；然后在金屬上蓋的孔上裝設密封絕緣陶瓷件（6)，通過密封 絕緣陶瓷件（6)將金屬電流引出桿（7)的頂部與金屬上蓋緊固連接； 3) 將負極材料加熱至熔化，利用電流收集器的金屬多孔材料（4)與負極材料的浸潤 性，使電流收集器吸收液態的負極材料，吸收完成后冷卻，接著依次將正極材料（3)和電解 質⑵放在電池腔體內，電解質⑵被金屬網孔分隔器⑶分隔成上下兩部分，然后向電池 腔體內充入惰性氣體，再將與電流收集器緊固連接的金屬上蓋焊接在電池腔體上，升溫至 運行溫度得到全充電電池； 或者在室溫下，依次將正極材料（3)、負極材料和電解質（2)放在電池腔體內，電解質 (2)被金屬網孔分隔器（8)分隔成上下兩部分，然后向電池腔體內充入惰性氣體，再將與電 流收集器緊固連接的電池上蓋焊接在電池腔體上，升溫至運行溫度得到全放電電池。
【文檔編號】H01M8/02GK104112865SQ201410350077
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】寧曉輝, 代濤, 楊烈, 單智偉 申請人:西安交通大學