[发明专利]一种用于电网储能的零应变液固金属电池及制作方法

说明书

本发明公开了一种用于电网储能的零应变液固金属电池及制作方法，本发明的电池正极材料采用钛酸锂极片，在充放电过程中正极始终处于全固态，因此正极材料不会成为限制运行温度的因素。于是可以选择熔点更低的中低温熔盐作为电池电解质，使得电池可以在300～400℃的运行温度下运行，显著地降低了电池的运行温度。同时较低的运行温度也降低了电池组模块的保温功率，提高电池组模块的能量效率。本发明中的钛酸锂正极极片又被称为零应变材料，其尖晶石结构使得金属锂的脱嵌几乎不会对钛酸锂的体积产生，因此本发明中的正极材料不会出现液态金属电池中的正极形变失效现象，进而显著地降低了正极材料出现短路的风险。

技术领域

本发明属于储能电池领域，具体涉及一种用于电网储能的零应变液固金属电池及制作方法。

背景技术

随着经济的高速发展，传统化石燃料的资源问题与环境问题日益凸显，这些问题也促进了以风能和太阳能为代表的新能源产业地快速发展。凭借着清洁和可再生的优势，风能和太阳能发电受到各界的广泛关注。但是风能和太阳能的间歇性与波动性会影响其电能质量与电力品质，进而面临并网难等问题。同时，随着智能电网时代的到来，传统的电力系统不能很好地满足用户日益提高的用电需求，比如在用电高峰时段电力供不应求，低峰时段供过于求等问题。

针对这些问题，大规模电能储存技术应运而生，通过在风能和太阳能能量充足时段储存电能，在其能量匮乏时段释放电能，储能技术可以对新能源发电技术进行“削峰填谷”和平滑输出。同时在电网用电低峰期间储存电能，在电网用电高峰期间释放电能，对电网进行“削峰填谷”，实现电网的稳定输出。大规模的储能技术主要分为抽水储能，压缩空气储能，飞轮储能，超级电容器储能和电池储能等。其中电池储能技术凭借着能量转换效率高，配制及设计灵活，不受环境条件限制等优势，受到人们的广泛重视。目前应用于储能领域的电池技术有改性铅酸电池技术、锂离子电池技术、钠硫电池技术与全钒液流电池技术等。但面临实际的储能市场需求，现有的电池技术仍存在着寿命较短、成本较高等问题。

为了满足储能市场对储能电池的要求，美国麻省理工学院教授D.R.Sadoway于2007年提出了“液态金属电池”概念。该全液态金属电池模型采用液态金属作为正负极，液态熔融盐作为电解质，互不相溶性和密度大小差异使得液态金属负极、液态熔融盐和液态金属正极自上而下自然分为三层。这种电池结构使得电池的组装更加简便，降低了制造成本，同时液态金属正负极也会避免出现应力疲劳导致的失效问题以及支晶生长导致的短路问题，因此可以大幅提高电池的循环寿命，同时液态熔融盐电解质的高电导率使得电池可以在高倍率下进行充放电，满足大规模储能技术的高功率要求。

但是，除了上述的优点之外，全液态金属电池也存在一些不足，比如成本相对较高，单电池容量比较低等。之所以会存在这些不足，是因为全液态金属电池要求正负极材料在充放电过程中始终保持液体状态。根据正负极材料的相图，这就意味着在正极位置形成的正负极元素合金的组成范围必须在工作温度下处于液相区以内。由于液相区的浓度范围有限并且比较小，正极材料的用量比例比较大，因此这样的要求会造成正极材料的大量消耗，不仅使成本比较高，也在某种意义上减小了单电池的容量。同时为了保证电池正负极与电解质处于全液态，电池必须在较高的温度下运行(300～700℃)，放电功率会有一部分转化为加热功率，用以维持电池在高温下运行，这降低了电池的运行效率，提高了电池的运行成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于电网储能的零应变液固金属电池及制作方法，

为了达到上述目的，一种用于电网储能的零应变液固金属电池，包括电池底壳和电池顶盖组成的腔体，腔体内从上至下依次设置有正极、陶瓷电解质、负极集流器、不锈钢垫片和弹簧垫圈，正极和负极集流器间通过聚合物垫圈进行绝缘；

正极采用钛酸锂材料；

负极集流器采用多孔泡沫金属。

电池底壳的内径大于电池顶盖的内径。

负极集流器采用液态金属锂。