[发明专利]一种液态金属电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种液态金属电池及其制备方法，包括：S1、在惰性气体保护下，将一定质量的锑粒，盛于导电坩埚中；S2、在惰性气体保护下，将上述导电坩埚加热使锑粒熔化；随后冷却至室温，并将导电坩埚置于与之大小匹配的电池壳体中；S3、在惰性气体保护下，将一定质量的电解质盐加热熔化，得到熔盐电解质，并倒入上述导电坩埚中；S4、在惰性气体保护下，将吸附有一定质量金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至已加入熔盐的壳体上，并使熔盐电解质淹没负极集流体的上表面，随后冷却至室温；S5、将壳体与顶盖进行焊接，并接入引线，得到液态金属电池。该方法大大提高了电池的能量密度，可以得到一种高比能液态金属电池。

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

由于固态电极存在的诸如枝晶生长、体积膨胀、结构坍塌、SEI膜不稳定等问题，近年来，采用液态电极的液态金属电池逐渐引起人们的重视。2014年，Wang等在《Nature》上报道了Li||Sb-Pb液态金属电池(DOI:10.1038/nature13700)。该电池在450℃下运行，以液态金属锂为负极，LiF-LiCl-LiI熔盐为电解质，液态Sb-Pb合金为正极。金属锑具有价格低廉、开路电压高(～0.9V vs.Li/Li⁺)、比容量大(660mAh/g)等优势，是一种理想的液态金属电池正极材料。但是其熔点较高，为630℃，因此，自Nature报道之后，采用合金化策略以降低金属锑的熔点成为研究热点，相关材料体系如Li||Sb-Sn(500℃)，Li||Sb-Bi(550℃)，Li||Sb-Bi-Sn(500℃)等被开发出来。然而，尽管合金化元素在降低锑的熔点的同时几乎不会降低锑的平衡电位，但它们(Pb，Sn)并不提供电池容量且密度较大(Pb:11.34g/cm³,Sn:7.28g/cm³)，这便造成了额外的材料成本，并降低了电池的能量密度。

现有的液态金属电池的制备方法，是先将一定质量的正极材料(如Sb-Sn，Sb-Bi等)熔化，再进行后续电池组装。但是这些合金化元素在电池中并没有提供容量(Sn，Pb等)，同时它们本身密度很大(Bi:9.8g/cm³，Pb:11.34g/cm³，Sn:7.28g/cm³)，而Sb的密度为6.69g/cm³，因此这不仅增加了电池质量，使得电池能量密度大幅度降低。同时，这些金属材料的使用增加了电池的成本。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种液态金属电池及其制备方法，其目的在于解决现有技术中电池能量密度较低的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种液态金属电池的制备方法，包括：

S1、在惰性气体保护下，将一定质量的锑粒，盛于导电坩埚中；

S2、在惰性气体保护下，将上述导电坩埚加热使锑粒熔化；随后冷却至室温，并将导电坩埚置于与之大小匹配的电池壳体中；

S3、在惰性气体保护下，将一定质量的电解质盐加热熔化，得到熔盐电解质，并倒入上述导电坩埚中；

S4、在惰性气体保护下，将吸附有一定质量金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至已加入熔盐的壳体上，并使熔盐电解质淹没负极集流体的上表面，随后冷却至室温；

S5、将壳体与顶盖进行焊接，并接入引线，得到液态金属电池。

进一步优选地，负极集流体吸附锂与所加锑粒的摩尔比为3:1，负极集流体吸附锂的质量与所加锑粒的总质量根据电池的容量确定。

进一步优选地，上述导电坩埚为化学惰性的坩埚。

进一步优选地，上述导电坩埚为石墨坩埚。