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CN113594558B - 一种液态金属电池及其制备方法 - Google Patents

一种液态金属电池及其制备方法 Download PDF

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CN113594558B CN202110761910.1A CN202110761910A CN113594558B CN 113594558 B CN113594558 B CN 113594558B CN 202110761910 A CN202110761910 A CN 202110761910A CN 113594558 B CN113594558 B CN 113594558B
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Abstract

本发明属于储能电池领域，公开了一种液态金属电池及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、将锡源、锑源、及目标改性金属元素所对应的金属源三者共同放置于石墨坩埚中；目标改性金属元素为铬元素或钛元素；S2、加热保温使石墨坩埚内形成合金，冷却后将石墨坩埚置于大小与之匹配的电池壳体中；S3、将干燥无水的电解质盐加热熔化，倒入石墨坩埚内；S4、将吸附有金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至电池壳体上；S5、封装焊接并接入引线，即可得到液态金属电池。本发明通过向液态金属电池的正极中引入Ti、Cr元素，在不影响电池稳定性的同时，改善金属(合金)与石墨的浸润性，减小极化，提升电压效率。

Description

一种液态金属电池及其制备方法
技术领域
本发明属于储能电池领域，更具体地，涉及一种液态金属电池及其制备方法。
背景技术
液态金属电池作为一种新型储能电池，由于其寿命长，成本低，结构简单等优点在大规模储能领域中有很大的应用潜力。其主要组成为正极材料，负极材料，集流体，电解质及电池壳。其中自上而下为吸附在泡沫镍铁中的负极金属(或者合金)，熔盐电解质以及正极金属(或者合金)组成，由于三者密度不同，且不相互溶的特性，电池会自发分为三层。
目前液态金属电池为了防止正极材料对电池壳体的腐蚀，正极材料和电池壳体中间用石墨内衬隔开(石墨是种常用且成本较低的惰性材料)。由于石墨内衬的引入，对于电池多了正极/石墨，石墨/电池壳的接触界面，而正极的一些金属或者合金与石墨的浸润性较差导致界面接触不良，这是导致液态金属电池能量效率偏低的重要原因。
发明人课题组前期研究成果中国专利CN112952211A，公开了一种液态金属电池制备方法，旨在提高电池的能量密度，虽然它也公开了使用金属锑作为液态金属电池的正极材料，但由于金属锑表面张力较大，同时与石墨的浸润性较差，因此并不能提高电池的能量效率。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种液态金属电池及其制备方法，其中通过向液态金属电池的正极中引入Ti、Cr元素，它们在不影响电池稳定性的同时，可以改善金属(合金)与石墨的浸润性，在同样的电流密度下减小极化，提升电压效率，能够有效解决现有技术中电池能量效率较低及电压效率较低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种液态金属电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在充满氩气的手套箱中，将单质锡源、单质锑源、及目标改性金属元素所对应的单质金属源三者共同放置于石墨坩埚中；其中，所述目标改性金属元素为铬元素或钛元素；相应的，所述目标改性金属元素所对应的单质金属源为单质铬源或单质钛源；
S2、在充满氩气的手套箱中，将所述步骤S1得到的石墨坩埚加热保温，使石墨坩埚内金属形成合金，冷却后取出；
S3、在与石墨坩埚大小匹配的电池壳体中加入搭接用金属，接着将该电池壳体置于加热板加热使内部的搭接用金属熔化，然后将所述步骤S2得到的石墨坩埚置于电池壳体中；其中，所述搭接用金属能够在液态金属电池的工作温度下熔融形成液态，使所述石墨坩埚与所述电池壳体保持电导通；
S4、在充满氩气的手套箱中，将干燥无水的电解质盐加热熔化，并倒入经所述步骤S3处理后的石墨坩埚内；
S5、在充满氩气的手套箱中，将吸附有金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至经所述步骤S4处理后的电池壳体上；其中，所述电池顶盖能够与所述电池壳体配合形成封闭空间；
S6、待电池壳体整体冷却后，将电池壳体与电池顶盖进行封装焊接，并接入引线，即可得到液态金属电池。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S1中，使用的目标改性金属元素的物质的量为所述单质锡源所含锡元素和所述单质锑源所含锑元素物质的量之和的0.5％～2％。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S1中，所述单质锡源为锡粒，所述单质锑源为锑粒，所述单质铬源为金属铬粉，所述单质钛源为金属钛粉。
作为本发明的进一步优选，所述搭接用金属为锡粒或铋粒。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S2中，所述加热并保温使石墨坩埚内金属形成含锑的合金，具体是加热至800～1000℃，并保温5～10小时。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S4中，所述电解质盐为含有金属锂离子的无机盐混合物，该电解质盐在电池的工作温度下能够变成液态；
优选的，所述电池的工作温度为500℃～650℃。
按照本发明的另一方面，本发明提供了利用上述制备方法制备得到的液态金属电池。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供了一种液态金属电池制备方法，正极中加入的Ti、Cr元素，改善金属(合金)与石墨的浸润性，在同样的电流密度下减小极化，降低极化造成的能量损失，提升能量效率(也即提升电压效率)；
2、采用本发明制备的液态金属电池，不会影响电池正常运行，且电池无容量衰减，同时又能够提高电池放电电压。
目前液态金属电池的结构多采用石墨内衬，而正极金属(合金)材料和石墨界面的浸润性较差，导致电池内部极化现象很明显。而电池能量损失除了电池本身内阻外，还有一部分是由于极化造成的。本发明通过引入钛元素、铬元素到电池中进行界面改性，改善金属(合金)与石墨的润湿性，使得金属(合金)与石墨的接触角变小。而改善浸润性有助于减小由于接触不良导致的极化，因此可以减小极化部分的能量损失，进一步提高能量效率。
对于提高金属或合金与石墨的浸润性，虽然文献中有报道通过添加外加元素来提高浸润性，但往往这些现有技术文献只关注改善浸润性，并没有涉及到电池的应用场景，也就是说只是单一的讨论浸润性；同时这些现有技术目标合金多为含Ag或Cu的合金，合金化的处理温度可达1000℃以上，研究的往往是不同温度下的浸润性。而本发明则是针对液态金属电池，在改善浸润性的同时，需要不能对电池其他性能产生负面影响；并且，本发明中目标合金不含Ag或Cu，因此改性机理与其他合金也不具备可比性。此外，本发明中目标改性金属元素(即，铬元素、钛元素)的添加比例优选为Sn和Sb物质的量之和的0.5mol％～2mol％(2mol％的添加比例换算后为0.8wt％)，而现有技术往往添加量大(有些甚至高达10wt％)，差异明显。
并且，针对Li||SbSn体系的液态金属电池的其他现有技术，它们在正极预处理时往往是先会让少量锂和锡反应，最后再次加入锑进行反应，目的是为了让电池运行更加稳定。本发明没有采用现有技术的正极预处理方式，而是直接将锡源、锑源与目标改性金属元素源三者共同放置于石墨坩埚中直接在手套箱中加热形成合金，主要是因为若本发明采用现有技术的正极预处理方式，外加元素的存在(即，Cr元素或Ti元素)将导致正极在高温下反应非常剧烈，会将集流体炸裂，带来严重的负面影响。
附图说明
图1是本发明实施案例1所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)与Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-0.5mol％Ti(550℃)液态金属电池0.2C充放电曲线。以Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)为例，它代表负极为Li单质、电解质盐为LiF-LiCl-LiBr混合体系、且正极为Sb-Sn合金的液态金属电池在550℃的电池工作温度下。
图2是本发明实施案例2所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)与Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-1mol％Ti(550℃)液态金属电池0.2C充放电曲线。
图3是本发明实施案例3所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)与Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-1.5mol％Ti(550℃)液态金属电池0.2C充放电曲线。
图4是本发明实施案例4所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)与Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-2mol％Ti(550℃)液态金属电池0.2C充放电曲线。
图5是实施案例5所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)与Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-2mol％Cr(550℃)液态金属电池0.2C充放电曲线。
图6是本发明实施案例2所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-1mol％Ti(550℃)液态金属电池0.2C循环性能。
图7是本发明实施案例5所提供的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn-2mol％Cr(550℃)液态金属电池0.2C循环性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总的来说，本发明是将钛元素或铬元素引入到液态金属电池的正极中进行界面改性，相应得到的液态金属电池，可包括壳体、导电坩埚、设置在导电坩埚中的熔盐电解质、正极、负极、负极集流体；此外还可包括一端连接负极的负极引出棒。另外，壳体上部还设有顶盖(顶盖与壳体通过焊接连接)；顶盖的中间可设有绝缘部件陶瓷；负极引出棒可竖直放置，其另一端与绝缘部件陶瓷相连并穿出。
以下为具体实施例：
实施例1
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(例如，O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒22.14g(99.5％)，钛粉0.08g(99％)，锑粒15.14g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃保温10小时，熔化随后冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Ti合金体系中，Ti物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝0.5mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
其中，电池壳体的大小，与现有技术常规要求相同，需要与导电坩埚大小相匹配，例如，坩埚外径等于或略小于壳体内径(坩埚放入壳体内的中心区域时，坩埚与壳体的间隙不超过1mm)。除了不锈钢电池壳体外，电池壳体也可以采用现有技术中已知的其他电池壳体材料。
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取2.59g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将125g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl-LiBr(22:31:47mol％)混合盐加热熔化，得到液态的熔盐电解质，并倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；其中，焊接可采用现有技术已知的成熟工艺，如激光焊，氩弧焊等，封装焊接完成后，电池将密封；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试，得到如图1所示的液态金属电池充放电曲线示意图。
实施例2
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒22.14g(99.5％)，钛粉0.15g(99％)，锑粒15.14g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃保温10小时，熔化随后冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Ti合金体系中，Ti物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝1mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取2.59g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将125g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl-LiBr(22:31:47mol％)混合盐加热熔化，得到液态的熔盐电解质，并倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试，得到如图2所示的液态金属电池充放电曲线和如图6所示的液态金属电池循环性能示意图。
实施例3
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒22.14g(99.5％)，钛粉0.22g(99％)，锑粒15.14g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃保温10小时，熔化随后冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Ti合金体系中，Ti物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝1.5mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取2.59g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将125g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl-LiBr(22:31:47mol％)混合盐加热熔化，得到液态的熔盐电解质，并倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试，得到如图3所示的液态金属电池充放电曲线示意图。
实施例4
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒22.14g(99.5％)，钛粉0.29g(99％)，锑粒15.14g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃保温10小时，熔化随后冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Ti合金体系中，Ti物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝2mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取2.59g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将125g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl-LiBr(22:31:47mol％)混合盐加热熔化，得到液态的熔盐电解质，并倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试，得到如图4所示的液态金属电池充放电曲线示意图。
另外，图1至图4、图6中出现的“不添加Ti”、“未添加Ti”所对应的样品，其制备过程与本实施例步骤(1)至步骤(6)大体相同，仅是在步骤(1)没有使用钛粉，整体工艺流程设计及其他参数条件的设置均一致。图1至图4、图6中的“不添加Ti”、“未添加Ti”所对应的Li||LiF-LiCl-LiBr||Sb-Sn(550℃)性能数据是来自不同批次样品的测试结果，彼此可能存在细微差异。
实施例5
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒50.93g(99.5％)，铬粉0.37g(99％)，锑粒34.82g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃保温10小时，随后冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Cr合金体系中，Cr物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝2mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取6g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将125g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl-LiBr(22:31:47mol％)混合盐加热熔化，得到液态的熔盐电解质，并倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试，得到如图5所示的液态金属电池充放电曲线和如图7所示的液态金属电池循环性能示意图。
另外，图5、图7中出现的“不添加Cr”、“未添加Cr”所对应的样品，其制备过程与本实施例步骤(1)至步骤(6)大体相同，仅是在步骤(1)没有使用铬粉，整体工艺流程设计及其他参数条件的设置均一致。
实施例6
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称锡粒22.15g(99.5％)，锑粒15.14g(99％)，钛粉0.15g(99％)盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热熔至800℃保温10小时；经换算，Sn-Sb-Ti合金体系中，Ti物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝1mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取2.59g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将100g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl(30.5：69.5mol％)混合盐加热熔化，倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试。
实施例7
一种液态金属电池的制备方法，按以下步骤进行：
(1)在充满氩气保护的手套箱中(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)，称取锡粒50.93g，锑粒34.82g，铬粉0.37g，盛于石墨坩埚中(内径64mm，高50mm，厚2mm)，将石墨坩埚置于加热炉加热至800℃并保温10小时，随后自然冷却至室温；经换算，Sn-Sb-Cr合金体系中，Cr物质的量：(Sn物质的量+Sb物质的量)＝2mol％：1；
(2)在充满氩气的手套箱中，在与石墨坩埚大小匹配的不锈钢电池壳中加入少量熔点较低的金属(如锡粒，铋粒等)置于加热板加热使内部金属熔化，然后将上述坩埚置于电池壳中；
(3)在充满氩气的手套箱中，采用泡沫铁镍吸取6g液态金属锂作负极；
(4)在充满氩气的手套箱中，将100g预先处理好的、干燥无水的LiF-LiCl(30.5:69.5mol％)混合盐加热熔化，倒入上述的石墨坩埚中；
(5)在充满氩气的手套箱中，将预先处理好的负极集流体(泡沫铁镍)及顶盖组装至上述壳体上，随后自然冷却至室温；
(6)然后将壳体与顶盖进行焊接，并焊接电池引线，即得到封装好的电池；
(7)将该电池置于测试炉中，加热至550℃保温，连接LAND电池测试仪进行电池充放电测试。
由图1至图4可知：图1为Li||Sb4Sn6体系液态金属电池正极中添加0.5mol％Ti与不添加钛在0.2C下的充放电曲线对比，可以看到相比于不添加钛的电池，添加0.5mol％钛的电池的充电电压平台明显提高，放电电压平台明显降低，这意味着电池极化增大，极化部分造成的能量损失也会相应增大，对电池有负面作用；而图2-4分别为添加1mol％，1.5mol％及2mol％Ti与不添加Ti在0.2C下的充放电曲线对比，可以看到，添加Ti后电池充电平台略微降低，放电平台略微上升，极化减小，因此极化造成的能量损失也相应减少，能量效率明显提高。同时由于浸润性的改善，电压效率也明显提升。相应的，图5为Li||Sb4Sn6体系液态金属电池正极中添加2mol％Cr与不添加Cr在0.2C下的充放电曲线对比，与添加Ti有类似的效果。图6和图7为电池循环性能图，可以看到加入Ti元素或Cr元素后电池性能稳定，没有衰减，而且能量效率明显提高。
上述实施例仅为示例，例如，电解质盐还可以采用现有技术中已知的其他电解质盐，电池的工作温度可根据使用的电解质盐的熔点而定。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液态金属电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在充满氩气的手套箱中，将单质锡源、单质锑源、及目标改性金属元素所对应的单质金属源三者共同放置于石墨坩埚中；其中，所述目标改性金属元素为铬元素或钛元素；相应的，所述目标改性金属元素所对应的单质金属源为单质铬源或单质钛源；并且，使用的目标改性金属元素的物质的量为所述单质锡源所含锡元素和所述单质锑源所含锑元素物质的量之和的1％～2％；
S2、在充满氩气的手套箱中，将步骤S1得到的石墨坩埚加热保温，使石墨坩埚内金属形成合金，冷却后取出；
S3、在与石墨坩埚大小匹配的电池壳体中加入搭接用金属，接着将该电池壳体置于加热板加热使内部的搭接用金属熔化，然后将步骤S2得到的石墨坩埚置于电池壳体中；其中，所述搭接用金属能够在液态金属电池的工作温度下熔融形成液态，使所述石墨坩埚与所述电池壳体保持电导通；
S4、在充满氩气的手套箱中，将干燥无水的电解质盐加热熔化，并倒入经步骤S3处理后的石墨坩埚内；
S5、在充满氩气的手套箱中，将吸附有金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至经步骤S4处理后的电池壳体上；其中，所述电池顶盖能够与所述电池壳体配合形成封闭空间；
S6、待电池壳体整体冷却后，将电池壳体与电池顶盖进行封装焊接，并接入引线，即可得到液态金属电池。
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述单质锡源为锡粒，所述单质锑源为锑粒，所述单质铬源为金属铬粉，所述单质钛源为金属钛粉。
3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述搭接用金属为锡粒或铋粒。
4.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述加热并保温使石墨坩埚内金属形成含锑的合金，具体是加热至800～1000℃，并保温5～10小时。
5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述电解质盐为含有金属锂离子的无机盐混合物，该电解质盐在电池的工作温度下能够变成液态；
所述电池的工作温度为500℃～650℃。
6.利用如权利要求1－5任意一项所述制备方法制备得到的液态金属电池。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103259004A (zh) * 2013-04-16 2013-08-21 华中科技大学 用于液态和半液态金属储能电池的正极材料
CN104124459A (zh) * 2014-07-22 2014-10-29 西安交通大学 一种方形液态金属电池装置及其装配方法
CN110620271A (zh) * 2019-08-07 2019-12-27 全球能源互联网研究院有限公司 一种低温液态和半液态金属电池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2909875T3 (da) * 2012-10-16 2020-08-24 Ambri Inc Elektrokemiske energilagringsanordninger og -huse
US9735450B2 (en) * 2012-10-18 2017-08-15 Ambri Inc. Electrochemical energy storage devices
US9786955B1 (en) * 2013-03-13 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology Assembly methods for liquid metal battery with bimetallic electrode
CN103280604B (zh) * 2013-05-14 2015-06-10 清华大学 一种浮体电解质液态储能电池单体结构
US9502737B2 (en) * 2013-05-23 2016-11-22 Ambri Inc. Voltage-enhanced energy storage devices
CN105449168B (zh) * 2015-11-19 2018-01-19 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 具有界面修饰层的金属基固态薄膜锂电池正极的制备方法
KR20180029140A (ko) * 2016-09-09 2018-03-20 한양대학교 산학협력단 액체금속전지
CN107403887B (zh) * 2017-07-20 2019-10-22 北京科技大学 一种液态金属电池装置及其装配方法
CN109786862B (zh) * 2018-12-25 2021-06-08 大连理工大学 一种带抑制流体不稳定性栅格装置的方形截面液态金属电池
CN110911692B (zh) * 2019-12-06 2023-05-02 武汉大学 一种耐蚀液态金属电池正极集流体
CN112952211B (zh) * 2021-01-27 2023-03-28 华中科技大学 一种液态金属电池及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103259004A (zh) * 2013-04-16 2013-08-21 华中科技大学 用于液态和半液态金属储能电池的正极材料
CN104124459A (zh) * 2014-07-22 2014-10-29 西安交通大学 一种方形液态金属电池装置及其装配方法
CN110620271A (zh) * 2019-08-07 2019-12-27 全球能源互联网研究院有限公司 一种低温液态和半液态金属电池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High-Performance Antimony–Bismuth–Tin Positive Electrode for Liquid Metal Battery;Wang Zhao，Ping Li，Zhiwei Liu，et al;《Chem. Mater.》;20181126;8739-8746 *
Tellurium-tin based electrodes enabling liquid metal batteries for high specific energy storage applications;Haomiao Li，Kangli Wang，Hao Zhou，et al;《Energy Storage Materials》;20180414;267-271 *

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