一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其包括：确定液态金属电池正极合金中摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素m，并确定正比系数k；在合成液态金属电池正极时，调节元素m的摩尔分数为a，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/k的液态金属电池。在本申请中，通过调节合金元素的摩尔分数，便能实现全液相阶段占比的调节，调节范围较宽，并且合金的摩尔比可以调节至任意比例，对应的液态金属电池全液相阶段占比也能灵活调节。能灵活调节。能灵活调节。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法


[0001]本专利技术属于储能电池领域，更具体地，涉及一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法。

技术介绍

[0002]液态金属电池由三层互不相溶的液体组成，全液态的结构保证了其无枝晶生长、结构变化可逆的特点，从而拥有超长的理论循环寿命。但是在放电过程中，尤其在较高的放电深度下，会析出固态的金属间化合物，例如Li||Sb
‑
Sn液态金属电池在较高的放电深度下，会析出固态的金属间化合物Li3Sb，即正极由全液相阶段转变到固液共存的阶段。因此，发展一种调控全液相阶段占比的方法无疑具有重要的理论和实际意义，这可以加深对于电池机理的理解，调控电池的自愈合过程，标定金属间化合物的析出时间，为电池的性能优化提供基础。目前调控液态金属电池全液相阶段占比的方法通常是更换电池正极合金元素，或是改变电池的运行温度。然而，这些方式调节范围比较局限，难以根据需求灵活调节。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其目的在于可根据需求灵活调节液态金属电池全液相阶段占比。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其包括：
[0005]确定液态金属电池正极合金中摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素m，并确定正比系数k；
[0006]在合成液态金属电池正极时，调节元素m的摩尔分数为a，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/k的液态金属电池。
[0007]优选地，所述合金为锑锡合金，与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素为锑，正比系数k＝3；
[0008]在合成液态金属电池正极时，调节锑锡合金中元素锑、锡的摩尔比为a:(1
‑
a)，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/3的液态金属电池。
[0009]优选地，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/3的液态金属电池，包括：
[0010]将锑粒和锡粒盛于导电坩埚中，其中，锑粒和锡粒的摩尔比为a:(1
‑
a)；
[0011]先加热锑粒和锡粒使锑粒和锡粒熔化，后自然冷却形成合金，将导电坩埚置于大小匹配的壳体中；
[0012]将熔化的电解质盐倒入电坩埚中；
[0013]在所述电解质未凝固时将具有金属锂的负极集流体置于电解质内且被电解质淹没；
[0014]将顶盖组装于壳体上并进行焊接，得到全液相阶段占比为a/3的液态金属电池。
[0015]优选地，加热锑粒和锡粒的温度为700℃～1000℃，维持该温度的保温时间为5～
10小时。
[0016]优选地，所述电解质为含有金属锂离子的无机盐混合物。
[0017]优选地，电池的工作温度为550℃，所述电解质在所述电池的工作温度下为液态。
[0018]优选地，所述电池的放电倍率为0.05C～0.5C。
[0019]优选地，所述负极集流体为泡沫铁镍。
[0020]本申请人经过大量研究发现，对于液态金属电池，在额定工作温度下，正极合金中元素的摩尔占比与液态金属电池全液相阶段的占比具有严格的线性关系，只要调节正极合金中元素的摩尔占比，便能实现液态金属电池全液相阶段的占比。本申请中，首先确定摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素，然后在制备电池时，根据所需的全液相阶段占比控制电池正极金属合金的摩尔比，便能得到所需的液态金属电池全液相阶段占比。在本申请中，无需更换正极合金元素，或是改变电池的工作温度，便能实现全液相阶段占比的调节，调节范围广；合金的摩尔比可以调节至任意比例，对应的液态金属电池全液相阶段占比也能灵活调节。
附图说明
[0021]图1是本申请一实施例中的液态金属电池全液相阶段占比的调控方法的步骤流程图；
[0022]图2是实施例一中形成的Li||Sb4Sb6电池在550℃下的OCV曲线以及液相区占比；
[0023]图3是实施例二中形成的Li||Sb5Sn5电池在550℃下的OCV曲线以及液相区占比；
[0024]图4是实施例三中形成的Li||Sb6Sn4电池在550℃下的OCV曲线以及液相区占比；
[0025]图5是实施例四中形成的Li||Sb8Sn2电池在550℃下的OCV曲线以及液相区占比。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]如图1所示为液态金属电池全液相阶段占比的调控方法的步骤流程图，该调控方法包括：
[0028]步骤S100：确定液态金属电池正极合金中摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素m，并确定正比系数k。
[0029]在一实施例中，在确定电池正极合金元素后，通过一定数量的实验确定液态金属电池正极合金中摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素m，并确定正比系数k。例如，对于每一种元素，可以选择不同组的摩尔分数并测试对应的液态金属电池全液相阶段占比，若每一种元素的摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比关系，则确定为该元素为关键影响元素m。同时通过绘图得到正比例系数k。
[0030]步骤S200:在合成液态金属电池正极时，调节元素m的摩尔分数为a，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/k的液态金属电池。
[0031]在得到电池正极合金元素摩尔分数与电池全液相阶段占比的关系后，可以根据该
关系调控电池正极金属元素的摩尔比例，使元素m的摩尔分数为a，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/k的液态金属电池。
[0032]在一实施例中，电池正极合金为锑锡合金，经过大量实验确定，调控锑含量可以调控Li||Sb
‑
Sn液态金属电池全液相阶段的占比，并且具有严格的线性关系。在550℃下，全液相阶段占比等于锑锡合金中锑的摩尔分数除以3，即正比例系数为k＝3。此时，在制备Li||Sb
‑
Sn液态金属电池时，可以按照如下步骤调控全液相阶段占比。需要说明的是，受制备工艺条件限制和误差影响，最后得到的液态金属电池全液相阶段占比可以在a/k上下浮动，即实际得到的占比为a/k
±
2％。
[0033]步骤S210：将锑粒和锡粒盛于导电坩埚中，其中，锑粒和锡粒的摩尔比为a:(1
‑
a)；
[0034]其中，a的数值与需要获取的液态金属电池全液相阶段占比相关，若需要获取的液态金属电池全液相阶段占比为b，则a＝3b。
[0035]步骤S220：先加热锑粒和锡粒使锑粒和锡粒熔化，后自然冷却形成合金，将导电坩埚置于大小匹配的壳体中。
[0036]在一实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其特征在于，包括：确定液态金属电池正极合金中摩尔分数与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素m，并确定正比系数k；在合成液态金属电池正极时，调节元素m的摩尔分数为a，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/k的液态金属电池。2.如权利要求1所述的液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其特征在于，所述合金为锑锡合金，与液态金属电池全液相阶段占比成正比的元素为锑，正比系数k＝3；在合成液态金属电池正极时，调节锑锡合金中元素锑、锡的摩尔比为a:(1
‑
a)，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/3的液态金属电池。3.如权利要求2所述的液态金属电池全液相阶段占比的调控方法，其特征在于，得到液态金属电池全液相阶段占比为a/3的液态金属电池，包括：将锑粒和锡粒盛于导电坩埚中，其中，锑粒和锡粒的摩尔比为a:(1
‑
a)；先加热锑粒和锡粒使锑粒和锡粒熔化，后自然冷却形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康丽，周先波，闫帅，李浩秒，蒋凯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：