[发明专利]一种高温液态金属锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高温液态金属锂电池及其制备方法，属于锂离子电池领域。本发明通过对LAGP型固态电解质壳的组分的摩尔分数的精确限定，提供了LAGP型固态电解质壳，可以制作较大型的储能电池，并非纽扣电池，只要保证正负极材料为熔融态即可，可以大大降低电池的工作温度，电池的的工作温度可以控制在240℃，为目前为止报道的全液态锂电池领域的最低操作温度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高温液态金属锂电池及其制备方法。

背景技术

全球经济飞速发展的同时，伴随着越来越多的能源储存及环境等问题。化石能源的不断消耗，导致二氧化碳等温室气体不断排放，进而导致全球变暖。电池可以做到有效的能量储存，且可以设计成大型的能量储存设备，电池的大规模储能是解决能源消耗的关键手段，它可以提高太阳能和风能等清洁能源的储存效率，提高电网系统的安全性和可靠性。因此，它是一种最为具有应用前景的储能技术之一。现阶段，发展比较成熟的储能电池有锂离子电池、高温钠硫电池和全液态电池等。但是昂贵的生产成本及安全性问题，很难满足大规模的市场要求。因此，设计低成本、长寿高效的储能电池成为下阶段的主要研究工作。

2006年，美国麻省理工学院的D.R.Sadoway教授提出硫“液态金属电池”的新概念，液态金属电池具有结构简单、成本低、寿命长、效率高等特点，因此液态金属电池开发引起全球研究团队的极大兴趣。但是，液态金属电池一直没有进入市场，主要是由于其熔盐电解质的熔点太高，导致电池的操作温度过高(400℃以上)，电池密封、安全性等问题难以解决。目前为止报道的液态锂电池的电解质材料大多以熔融的氯化锂、溴化锂等为基，电池的操作温度大多都在400℃以上，如此高的操作温度会大大减少电池的寿命，增加材料的腐蚀，且大大限制电池密封材料的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温液态金属锂电池及其制备方法和应用。本发明提供的高温液态金属锂电池使用了LAGP型固态电解质壳，降低了电池的工作温度，在240℃左右的较低操作温度条件下即可工作。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高温液态金属锂电池，以金属Li作为负极，以Bi-Sn合金作为正极，负极采用低碳钢作为集流体，所述低碳钢与所述负极相连，正极采用石墨坩埚作为集流体，所述石墨坩埚与正极直接接触，所述石墨坩埚为所述高温液态金属锂电池的外壳，所述石墨坩埚和所述高温液态金属锂电池的内部之间设有空心无底的氧化铝坩埚，所述空心无底的氧化铝坩埚含有氧化铝盖，所述高温液态金属锂电池包括LAGP型固态电解质壳，所述LAGP型固态电解质壳的形状为“坩埚状”；

所述LAGP型固态电解质壳由包括以下摩尔分数的组分制得：

14.3～14.6％LiCO₃，4.2～4.5％Al₂O₃，2.0～2.3％In₂O₃，25.0～25.3％GeO₂和53.8～54.0％NH₄H₂PO₄。

优选地，所述LAGP型固态电解质壳由包括以下步骤的方法制备得到：

将各组分混合后球磨，得到粉料；

将所述粉料以5～6℃/min速度从25～30℃升至700～705℃，恒温1～2h，再以5～6℃/min的速率升至1500～1550℃，恒温2～3h，将所得焙烧产物加入水中，得到玻璃态物质；

将所述玻璃态物质按1～1.5℃/min的速率升温至850～860℃，恒温10～12h，待自然冷却后球磨，得到粉状产物；

将所述粉状产物、聚乙烯醇水溶液和LiOH混合后进行冷等静压成型，得到坯体；