本實(shí)用新型涉及電池領(lǐng)域，特別涉及一種液態(tài)金屬電池。

背景技術(shù)：

目前，由于石油等非再生能源的過度開采以及利用，已對人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，因此，人類對清潔可再生能源的發(fā)展極為重視，其中風(fēng)力和光伏等能源受到廣泛關(guān)注，但是由于風(fēng)力、太陽能等存在強(qiáng)弱變化，造成其能量時強(qiáng)時弱，使得其供能時受到極大限制，因此，有必要對上述不穩(wěn)定能量的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

通過研究發(fā)現(xiàn)，儲能電池對不穩(wěn)定能源的能量先進(jìn)行儲存然后平穩(wěn)輸出能夠很大程度上提高能量的穩(wěn)定傳輸，從而減少上述新型能源對其在并網(wǎng)發(fā)電時對電網(wǎng)的沖擊。因此發(fā)展能夠?qū)︼L(fēng)能、太陽能等能量進(jìn)行儲存并平穩(wěn)輸出的大規(guī)模儲能技術(shù)顯得尤為重要。目前主要的儲能技術(shù)有物理儲能和化學(xué)儲能等。其中物理儲能主要存在有飛輪儲能、抽水儲能和壓縮空氣儲能等；化學(xué)儲能主要有鉛酸電池、鋰離子電池、全釩液流電池、鈉硫電池、超級電容器和鋰空氣電池等。其中化學(xué)儲能由于其能量密度以及轉(zhuǎn)換效率高、成本相對較低以及靈活方便等特點(diǎn)而成為目前大規(guī)模儲能技術(shù)主要的研究方向。但是在大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用中，這些電池具有電池成本過高、安全性差等問題。如鉛酸電池由于其循環(huán)壽命較短，其單周成本較高，而全釩液流電池受電解液、離子交換膜等關(guān)鍵材料的制約同時其生產(chǎn)成本偏高，鋰離子電池在大規(guī)模儲能中性能優(yōu)異，但是其生產(chǎn)成本過高且存在安全性問題。因此在進(jìn)一步提高現(xiàn)有儲能技術(shù)、降低儲能價格的基礎(chǔ)上，開發(fā)出滿足成本低廉、循環(huán)壽命長、安全性好以及原材料豐富等特點(diǎn)，適合風(fēng)能、太陽能等能量存儲的大規(guī)模電網(wǎng)儲能新技術(shù)顯得尤為重要。

近些年來，研究人員對液態(tài)金屬電池展開相關(guān)研究，其表現(xiàn)為：熔融態(tài)金屬作為電池正負(fù)極，無機(jī)熔鹽作為電解質(zhì)，在200至700℃的工作溫度下熔融態(tài)正負(fù)極材料、熔鹽電解質(zhì)由于彼此間的密度不同以及不相容性而自動分層為自下而上存在的正極、電解質(zhì)和負(fù)極。電池放電時負(fù)極金屬失去電子，電子通過外電路做功遷移到正極，而負(fù)極金屬離子通過熔鹽遷移到正極并且與正極金屬形成合金。充電過程則相反。這種特殊設(shè)計的電池具有庫倫效率高、倍率性能好、循環(huán)壽命長、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能同時滿足在能量和功率方面的應(yīng)用，在解決風(fēng)力、太陽能等發(fā)電并網(wǎng)儲能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，液態(tài)金屬電池目前也存在一些缺陷，比如電池需要在高溫下工作，電池內(nèi)部正負(fù)極材料、電解質(zhì)熔鹽都處于液態(tài)，它們對于空氣中水分、氧氣極度敏感，是引起電池失效的一個主要原因，因此電池密封要求非常高。此外在高溫下，熔融正負(fù)極以及熔鹽對外殼、正負(fù)極絕緣陶瓷等電池各部件的腐蝕速率較快，特別是負(fù)極堿金屬對絕緣陶瓷的腐蝕尤為劇烈，會導(dǎo)致電池的使用壽命大大縮短等。

綜上所述，如何提供一種能有效提高液壓金屬電池的循環(huán)壽命、電池受外界影響小、電池的一致性更好以及電池的管理更為方便的液態(tài)金屬電池，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種能有效提高液壓金屬電池的循環(huán)壽命、電池受外界影響小、電池的一致性更好以及電池的管理更為方便的液態(tài)金屬電池。

本實(shí)用新型的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：本實(shí)用新型提出一種液態(tài)金屬電池，至少包括第一組件，所述第一組件包括第一殼體以及設(shè)置于所述第一殼體內(nèi)的第一導(dǎo)電坩堝，所述第一導(dǎo)電坩堝內(nèi)設(shè)有第一正極、第一負(fù)極及一端插設(shè)于第一負(fù)極上的第一負(fù)極引出棒，所述第一導(dǎo)電坩堝內(nèi)裝盛有第一電解物質(zhì)，所述第一殼體頂部設(shè)有第一頂蓋，所述第一頂蓋中部設(shè)有絕緣部，所述第一負(fù)極引出棒豎直設(shè)置，其另一端從所述絕緣部內(nèi)穿出，并與所述絕緣部絕緣。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一殼體、第一負(fù)極引出棒及第一頂蓋的材料為不銹鋼或銅；所述第一導(dǎo)電坩堝的材質(zhì)為二氧化錫導(dǎo)電坩堝；所述第一殼體的形狀為圓柱體、正方體或多面體。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一負(fù)極還包括負(fù)極集流體，所述負(fù)極集流體的材質(zhì)為多孔泡沫金屬；所述第一正極的材質(zhì)為可與堿或堿土金屬形成合金的重金屬；所述第一負(fù)極的材質(zhì)為堿金屬或鎂，或者為堿金屬、鎂與鈣金屬的混合物。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一正極的材質(zhì)包括金屬銻和錫，且金屬銻與錫的摩爾百分比為40：60；所述第一負(fù)極的材質(zhì)為堿金屬鋰，且堿金屬鋰與金屬銻的摩爾比例為3：1。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一電解物質(zhì)為低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物、或?yàn)闊o機(jī)鹽混合物和陶瓷粉末的共混物；或者，所述第一電解物質(zhì)包括氟化鋰、氯化鋰和溴化鋰混鹽，三者之摩爾比例為10:25:65；所述負(fù)極集流體的材質(zhì)為泡沫鐵鎳多孔材料。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述絕緣部的材質(zhì)為陶瓷、微晶玻璃、無機(jī)鹽、膠粘劑中的一種或一種以上；或者，所述絕緣部的材質(zhì)為氧化鋯陶瓷。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述陶瓷為氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅中的一種或多種；所述微晶玻璃為氧化鉍、氧化銅、氧化鋅、氧化鋁、氧化硼、二氧化硅中的一種或多種；所述無機(jī)鹽為氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、碘化鋰、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉中的一種或多種；所述膠粘劑為丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯、氧化銅、氧化鋁中的一種或者一種以上。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述液態(tài)金屬電池還包括設(shè)置于第一組件內(nèi)的第二組件，所述第二組件包括第二殼體，所述第二殼體設(shè)置于所述第一殼體內(nèi)，并與第一殼體絕緣，所述第二殼體內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電坩堝，第二導(dǎo)電坩堝內(nèi)設(shè)有第二正極、第二負(fù)極及一端插設(shè)于第二負(fù)極上的第二負(fù)極引出棒，所述第二導(dǎo)電坩堝內(nèi)裝盛有第二電解物質(zhì)，所述第二負(fù)極引出棒豎直設(shè)置，其另一端與第一殼體的下端固定連接。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一殼體內(nèi)設(shè)有臺階，所述臺階上設(shè)有絕緣環(huán)，所述第二殼體的下端設(shè)置于所述絕緣環(huán)上。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第二組件中的第二正極、第二負(fù)極、第二電解物質(zhì)及第二導(dǎo)電坩堝分別與第一組件中的第一正極、第一負(fù)極、第一電解物質(zhì)及第一導(dǎo)電坩堝的材質(zhì)相同，所述絕緣環(huán)的材質(zhì)為氮氧化鋁陶瓷。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第二殼體的高度介于0至200mm之間。

附圖說明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。

圖1為本實(shí)用新型一種儲能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型另一種儲能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記對應(yīng)關(guān)系為：

1第一殼體 2第一導(dǎo)電坩堝 3第一正極

4第一電解物質(zhì) 5第一負(fù)極 6第一負(fù)極引出棒

7第一頂蓋 8絕緣部 9第二導(dǎo)電坩堝

10第二正極 11第二電解物質(zhì) 12第二負(fù)極

13第二負(fù)極引出棒 14絕緣環(huán) 15第二殼體

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本實(shí)用新型的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本實(shí)用新型實(shí)施例如下，請參見圖1和圖2所示的液態(tài)金屬電池，具體地，至少包括第一組件，所述第一組件包括第一殼體1和設(shè)置于第一殼體1內(nèi)的第一導(dǎo)電坩堝2，第一導(dǎo)電坩堝2內(nèi)設(shè)有第一正極3和第一負(fù)極5，第一負(fù)極5上設(shè)有第一負(fù)極引出棒6，第一導(dǎo)電坩堝2內(nèi)還裝盛有第一電解物質(zhì)4，第一殼體1頂部設(shè)有第一頂蓋7，第一頂蓋7中部設(shè)有第一絕緣部8，第一負(fù)極引出棒6豎直設(shè)置，其一端插設(shè)于第一負(fù)極5上，別一端從絕緣部8內(nèi)穿出，并與絕緣部8絕緣。此結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬電池，在第一殼體1內(nèi)設(shè)置了起絕緣作用的第一導(dǎo)電坩堝2，用于防止第一正極3與第一殼體1之間的合金反應(yīng)。第一電解物質(zhì)4及第一正極3均設(shè)置于第一導(dǎo)電坩堝2內(nèi)，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬電池相比，其循環(huán)壽命更長，電池受外界的影響也較小，電池的管理也更為方便。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，第一殼體1、第一負(fù)極引出棒6及第一頂蓋7的材料均為不銹鋼，更為具體地，不銹鋼為430不銹鋼，不銹鋼的堅(jiān)固性好，使用成本低。需要說明的是，在其它實(shí)施例中，第一殼體1、第一負(fù)極引出棒6及第一頂蓋7的材料還可以為銅。第一導(dǎo)電坩堝2優(yōu)選為二氧化錫導(dǎo)電坩堝。對于第一殼體1的形狀，具體可以為圓柱形、可以為正方體結(jié)構(gòu)，還可以為多面體結(jié)構(gòu)，即第一殼體1的截面形狀可以是圓形，也可以是正方形，還可以為多邊形，如三角形、五邊形等，在此不再一一列舉。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，第一負(fù)極5具體還包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體的材質(zhì)優(yōu)選為多孔泡沫金屬，具體材質(zhì)多種多樣，在此不作具體限定。第一正極3的材質(zhì)優(yōu)選為可與堿或堿土金屬形成合金的重金屬。對于第一負(fù)極5的材質(zhì)，優(yōu)選為堿金屬或鎂，或者為堿金屬、鎂與鈣金屬的混合物。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，第一正極3的材質(zhì)包括金屬銻和錫，且金屬銻與錫的摩爾百分比為40：60。第一負(fù)極5的材質(zhì)還可以為堿金屬鋰，且堿金屬鋰與金屬銻的摩爾比例為3：1。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，對于第一電解物質(zhì)4，優(yōu)選為低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物、或?yàn)闊o機(jī)鹽混合物和陶瓷粉末的共混物。在其它實(shí)施例中，第一電解物質(zhì)4包括氟化鋰、氯化鋰和溴化鋰混鹽，三者之摩爾比例為10:25:65。對于負(fù)極集流體，其材質(zhì)優(yōu)選為泡沫鐵鎳多孔材料。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，對于絕緣部8，其材質(zhì)優(yōu)選為陶瓷、微晶玻璃、無機(jī)鹽、膠粘劑中的一種或一種以上。在其它實(shí)施例中，絕緣部8的材質(zhì)還可以為氧化鋯陶瓷。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，對于陶瓷，優(yōu)選為氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅中的一種或多種。

對于微晶玻璃，優(yōu)選為氧化鉍、氧化銅、氧化鋅、氧化鋁、氧化硼、二氧化硅中的一種或多種。

對于無機(jī)鹽，優(yōu)選為氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、碘化鋰、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉中的一種或多種。

對于膠粘劑，優(yōu)選為丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯、氧化銅、氧化鋁中的一種或者一種以上。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，如圖2所示，液態(tài)金屬電池還包括第二組件，第二組件與第一組件結(jié)構(gòu)類似，第二組件設(shè)置于第一組件內(nèi)，具體包括第二殼體15，第二殼體15設(shè)置于第一殼體1內(nèi)，并與第一殼體1絕緣，第二殼體15內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電坩堝9，第二導(dǎo)電坩堝9內(nèi)設(shè)有第二正極10、第二負(fù)極12及一端插設(shè)于第二負(fù)極12上的第二負(fù)極引出棒13，第二負(fù)極引出棒13豎直設(shè)置，下端設(shè)置于第二負(fù)極12上，上端與第一殼體1的下端固定連接，連接方式優(yōu)選為焊接。此外，第二導(dǎo)電坩堝9內(nèi)裝盛有第二電解物質(zhì)11。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，如圖2所示，第一殼體1內(nèi)設(shè)有臺階，臺階形狀可以圓環(huán)形，也可以為其它形狀，具體視第一殼體1的內(nèi)腔形狀而定。臺階上設(shè)有絕緣環(huán)14，第二殼體15的下端設(shè)置于絕緣環(huán)14上。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，具體材質(zhì)方面，第二組件中的第二正極10、第二負(fù)極12、第二電解物質(zhì)11及第二導(dǎo)電坩堝9分別與第一組件中的第一正極3、第一負(fù)極5、第一電解物質(zhì)4及第一導(dǎo)電坩堝2的材質(zhì)相同，絕緣環(huán)14的材質(zhì)優(yōu)選為氮氧化鋁陶瓷。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，如圖2所示，對于第二殼體15的高度，優(yōu)選介于0至200mm之間，可根據(jù)需要選擇合適的高度。

需要說明的是，除第二組件外，還可以在第二組件的上部設(shè)置第三組件、第四組件等若干組件。液態(tài)金屬電池的工作溫度為480℃，雙層組件式結(jié)構(gòu)相比于單層組件，單個組件電池電壓(約0.8V)可提高一倍(約1.6V)，相當(dāng)于兩個單層組件電池串聯(lián)的電壓，但是兩層組件式電池相比于兩個單層式電池串聯(lián)具有更好的電池一致性，更少的外部影響因素，并且更便于電池管理；同時兩層組件式電池結(jié)構(gòu)上比兩個單層式電池串聯(lián)的成本更低；同時兩層式電池結(jié)構(gòu)上比兩個單層式電池串聯(lián)更節(jié)省體積，因此在大規(guī)模儲能應(yīng)用中有更大的體積成本優(yōu)勢。采用兩層組件式結(jié)構(gòu)方案的液態(tài)金屬電池，其電化學(xué)性能更為優(yōu)異，循環(huán)穩(wěn)定性好，具有更為優(yōu)異的循環(huán)壽命。相應(yīng)地，三層組件式、四層組件式復(fù)合結(jié)構(gòu)等在材料成本以及體積成本上有更大的優(yōu)勢。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。