一种锑基液态金属电池及其制备方法与流程

本发明涉及液态金属电池，尤其涉及一种锑基液态金属电池及其制备方法。

背景技术：

1、液态金属电池作为一种新兴的电化学储能技术，自诞生以来就受到广泛关注。其采用密度较低和电负性较低的碱金属或碱土金属作负极，密度较大和电负性较高的金属或类金属作正极，熔融态无机熔盐作电解质，基于正负极与电解质密度差异以及互不相溶的特性而自动分为三层。电池在放电过程中，负极金属离子化后通过电解质进入正极与正极金属发生合金化反应；充电过程与之相反。金属锑的比容量较高（660 mah g-1）是一类常见的液态金属电池正极材料，然而在高温下锑极易与电池不锈钢外壳发生反应，导致电池壳发生腐蚀引发电池泄漏，影响电池稳定性。基于此，目前的解决方法是在电池壳内加入石墨内衬，用于隔绝锑和电池壳的直接接触。虽然这种方法能起到一定作用，但是由于液态金属的表面张力较大，且与石墨的浸润性较差，因而极易在石墨表面团聚成球，缩短正负极间距；同时电解质极易渗入下方将正极和石墨隔开，造成接触不良，降低电池能量效率和电压效率，严重时会将正极“抬起”引发电池短路失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出及一种锑基液态金属电池及其制备方法。本发明在电池壳内部不引入内衬的前提下提升锑基电池稳定性，同时提升电池电压效率。

2、本发明的第一目的是提供一种锑基液态金属电池的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、在不锈钢电池壳中放置铁粒和锑粒的混合物作为正极材料，然后于含惰性气氛中在700～730 ℃下保温30～60 min，以保证正极材料充分熔化并在电池壳底部铺展开，保温结束后随炉冷却得到fe-sb正极；

4、s2、将电解质材料加热熔化并倒入不锈钢电池壳中；

5、s3、将负载有金属锂的负极集流体及电池顶盖组装至经不锈钢电池壳体上，随后自然冷却；其中，所述电池顶盖与所述不锈钢电池壳体配合形成封闭空间。

6、进一步地，铁粒为铁粒和锑粒的混合物的20～50 mol%。

7、进一步地，正负极间距控制在12～15 mm。

8、进一步地，所述电解质材料为lif-licl-libr电解质。

9、进一步地，负载有金属锂的负极集流体为以14 mm2 mm的金属锂带缠绕在负极集流体上。

10、进一步地，按照li/sb=3:1的摩尔比计算好所需金属锂的量。

11、进一步地，于惰性气氛700～730 ℃下保温30～60 min。

12、进一步地，根据正负极间距计算所需电解质的质量，控制电解质质量刚好淹没负极集流体上表面为止，计算公式为m=0.8ρπr2(h+d)，其中，m为电解质质量，不锈钢电池壳为圆柱形，r为电池壳半径，h为正负极间距，d为负极集流体厚度，ρ为电解质密度，同时由于集流体本身占有一定的体积，因此实际加入的电解质质量为理论值的80%即可。

13、本发明的第二目的是提供一种如上述的制备方法制备的锑基液态金属电池。

14、本发明技术方案具有以下优点：

15、本发明提出的锑基液态金属电池采用fe-sb正极可以避免向锑基液态金属电池中引入其他内衬减少了接触界面和接触阻抗，既节省了成本又提升电压效率和电池稳定性；电池在充放电过程中铁不参与电化学反应，且铁的熔点较高，加入的适量铁粒会弥散分布在锑熔体中，形成“锑包铁”的形态，可以增加正极反应面积，加入的铁通过与锑形成熔体，抑制金属锑对不锈钢的腐蚀；同时铁的电导率优于锑，增加了正极的导电性，因此可以提升电池电压效率。

1.一种锑基液态金属电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铁粒为铁粒和锑粒的混合物的20～50mol%。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，正负极间距控制在12～15 mm。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，负载有金属锂的负极集流体为以14 mm2mm的金属锂带缠绕在负极集流体上。

5.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，按照li/sb=3:1的摩尔比计算好所需金属锂的量。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，于含惰性气氛700～730 ℃下保温30～60 min。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，根据正负极间距计算所需电解质的质量，控制电解质质量刚好淹没负极集流体上表面为止，计算公式为m=0.8ρπr2(h+d)，其中，m为电解质质量，不锈钢电池壳为圆柱形，r为电池壳半径，h为正负极间距，d为负极集流体厚度，ρ为电解质密度，同时由于集流体本身占有一定的体积，因此实际加入的电解质质量为理论值的80%即可。

8.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的锑基液态金属电池。