液态金属电池及制备方法

摘要

本发明涉及电化学储能电池领域，提供了一种液态金属电池及制备方法。该电池包括充有电解液的壳体、插设在电解液中的电极以及填充在壳体和电极之间的多孔材料，壳体由第一液态金属构成，多孔材料由第二液态金属构成，电极由第三液态金属构成，第一液态金属、第二液态金属和第三液态金属的活性依次减小。本发明利用该方法通过采用不同活性的液态金属作为电极、壳体和多孔材料，既可实现电能的输出，又可确保整个电池具有良好的柔性、可变形性和可穿戴性，具有广阔的应用前景；另外，通过将电解液充注在多孔材料的孔道中，既保证了电解液与壳体和电极之间的充分接触，又可避免电解液泄露，使得化学能和电能之间的转换变得安全、高效。

权利要求

1.一种液态金属电池，其特征在于，包括充有电解液的壳体、插设在所述电解液中的电极以及填充在所述壳体和所述电极之间的多孔材料，所述壳体由第一液态金属构成，所述多孔材料由第二液态金属构成，所述电极由第三液态金属构成，所述第一液态金属、所述第二液态金属和所述第三液态金属的活性依次减小。

2.根据权利要求1所述的液态金属电池，其特征在于，所述第一液态金属、所述第二液态金属和/或第三液态金属为铋、铟、锡、镓铟合金、镓铟锡合金和铋铟锡合金中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的液态金属电池，其特征在于，所述电解液为二氧化硅和硫酸溶液组成的胶体。

4.根据权利要求1所述的液态金属电池，其特征在于，所述电解液为碳酸丙烯酯、乙腈、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的液态金属电池，其特征在于，还包括包设在所述壳体的外侧的保护膜。

6.根据权利要求5所述的液态金属电池，其特征在于，所述保护膜的材质为塑料或纸。

7.根据权利要求1所述的液态金属电池，其特征在于，所述壳体的横截面为圆形、椭圆形、正方形或多边形。

8.根据权利要求1至7任一项所述的液态金属电池，其特征在于，还包括插设在所述多孔材料中的负极引出线，所述负极引出线的底端始终保持与电解液接触，所述负极引出线的顶端和所述电极的顶端均探出于所述壳体。

9.根据权利要求8所述的液态金属电池，其特征在于，所述负极引出线的材质为铜、银或铂。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的液态金属电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在所述壳体中充注一定量的所述电解液；

将所述电极插设在所述电解液中；

在所述电极和所述壳体之间填充所述多孔材料；

密封所述壳体。

说明书

液态金属电池及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学储能电池领域，尤其涉及一种液态金属电池及制备方法。

背景技术

[0002] 随着经济的发展，化石能源的不断消耗，能源短缺问题的日益突出，发展可再生能源已经成为一个重要的解决途径，但是由于这些能源的不连续性，需要有专门的储能装置进行能量的存储和转换。目前的储能技术有电磁储能、相变储能、电化学储能等多种方式，其中电化学储能技术包括镍氢电池、锂离子电池、液流电池、铅酸电池、钠硫电池技术等[0003] 目前，现有的电池基本都采用刚体结构，形状固定而无法改变，因而不适用于一些需要调整电池形状以适应特定空间的场合，比如可穿戴技术、移动应用场合。

发明内容

[0004] 本发明要解决的是现有技术中电池形状无法改变、应用范围窄的技术问题。

[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种液态金属电池，该电池包括充有电解液的壳体、插设在所述电解液中的电极以及填充在所述壳体和所述电极之间的多孔材料，所述壳体由第一液态金属构成，所述多孔材料由第二液态金属构成，所述电极由第三液态金属构成，所述第一液态金属、所述第二液态金属和所述第三液态金属的活性依次减小。

[0006] 其中，所述第一液态金属、所述第二液态金属和/或第三液态金属为铋、铟、锡、镓铟合金、镓铟锡合金和铋铟锡合金中的至少一种。

[0007] 其中，所述电解液为二氧化硅和硫酸溶液组成的胶体。

[0008] 其中，所述电解液为碳酸丙烯酯、乙腈、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种。

[0009] 其中，还包括包设在所述壳体的外侧的保护膜。

[0010] 其中，所述保护膜的材质为塑料或纸。

[0011] 其中，所述壳体的横截面为圆形、椭圆形、正方形或多边形。

[0012] 其中，还包括插设在所述多孔材料中的负极引出线，所述负极引出线的底端始终保持与电解液接触，所述负极引出线的顶端和所述电极的顶端均探出于所述壳体。

[0013] 其中，所述负极引出线的材质为铜、银或铂。

[0014] 本发明还提供了一种上述所述的液态金属电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0015] 在所述壳体中充注一定量的所述电解液；

[0016] 将所述电极插设在所述电解液中；

[0017] 在所述电极和所述壳体之间填充所述多孔材料；

[0018] 密封所述壳体。

[0019] 本发明结构简单、便于加工，通过采用不同活性的液态金属作为电池的电极、壳体和多孔材料，既可实现电能的输出，又可确保整个电池具有良好的柔性、可变形性和可穿戴性，具有广阔的应用前景；另外，通过将电解液充注在多孔材料的孔道中，既可以保证电解液与壳体和电极之间的充分接触，又避免电解液泄露，使得化学能和电能之间的转换变得安全、高效。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例1的一种液态金属电池的剖视图。

[0021] 附图标记：

[0022] 1、壳体；2、电极；3、多孔材料；4、电解液。

具体实施方式

[0023] 为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

[0024] 在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0025] 需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

[0026] 实施例1

[0027] 如图1所示，本发明提供了本发明提供一种液态金属电池，该电池包括充有电解液4的壳体1、插设在电解液4中的电极2以及填充在壳体1和电极2之间的多孔材料3，壳体1由第一液态金属构成，多孔材料3由第二液态金属构成，电极2由第三液态金属构成，第一液态金属、第二液态金属和第三液态金属的活性依次减小。

[0028] 由于，第一液态金属、第二液态金属和第三液态金属的活性依次减小，即壳体1、多孔材料3和电极2的还原性依次减弱，因此壳体1、电极2和电解液4可共同构成一个原电池。其中，壳体1为负极，壳体1通过与电解液4发生氧化还原反应而不断失去电子；电极2为正极，不断得到电子；由此可将化学能转换为电能，以供外部用电设备使用。另外，由于电极2、壳体1和多孔材料3均由液态金属制成，而液态金属本身具有良好的柔性和可变形性，因此可通过挤压、揉捏等方式来调整液态金属电池的整体形状，以适应实际的应用环境。而在电池形状改变过程中，多孔材料3对电解液4的支撑和约束作用，可进一步避免电解液4发生泄漏。从而该电池不仅可用于常规场合，还可用于一些特定空间场合，诸如可穿戴技术、移动应用等特殊场合，从而具有广阔的应用前景。

[0029] 优选地，第一液态金属、第二液态金属和/或第三液态金属为铋、铟、锡、镓铟合金、镓铟锡合金和铋铟锡合金中的至少一种。

[0030] 优选地，电解液4为二氧化硅和硫酸溶液组成的胶体。由于胶体粒子具有巨大的表面积，吸附力很强。因此将胶体充注在多孔材料3中后，胶体粒子会吸附在多孔材料3的孔道中，不易流失，从而可避免电解液4的泄露。

[0031] 优选地，电解液4为碳酸丙烯酯、乙腈、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种。

[0032] 另外，还包括包设在壳体1的外侧的保护膜，以避免壳体1长期暴露在外部被损坏、氧化。

[0033] 进一步地，保护膜的材质为塑料或纸。塑料或纸不仅造价低廉，而且也具有良好的柔性，可随着电池整体形状的变化而变化。

[0034] 优选地，壳体1的横截面为圆形、椭圆形、正方形或多边形。

[0035] 优选地，还包括插设在多孔材料3中的负极引出线，负极引出线的底端始终保持与电解液4接触，负极引出线的顶端和电极2的顶端均探出于壳体1，以便于与外部用电设备连接。使用时，可将负极引出线与外部用电设备的负极连接，将电极2的顶端与外部用电设备的正极连接。

[0036] 进一步地，负极引出线的材质为铜、银或铂。

[0037] 实施例2

[0038] 本发明还提供了一种上述的液态金属电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0039] 在壳体1中充注一定量的电解液4，即电解液4的充注量要保证壳体1和电极2均与电解液4充分接触，也就是说多孔材料3的孔道、多孔材料3和壳体1之间的间隙以及多孔材料3和电极2之间的间隙中均充有电解液4。

[0040] 将电极2插设在电解液4中，优选地将电极2插设在壳体1的正中间；电极2的底端可贴紧壳体1的底部，也可与壳体1的底部保持一定距离。

[0041] 在电极2和壳体1之间填充多孔材料3。当电极2的底端紧贴壳体1的底部时，多孔材料3只需填充在电极2的周向外壁与壳体1的周向内壁之间；当电极2的底端与壳体1的底部保持一定距离时，多孔材料3不仅要填充在电极2的周向外壁与壳体1的周向内壁之间，还要填充在电极2的底端和壳体1的底部之间。其中，多孔材料3的孔道的数量和大小，可根据电池电量进行选择。

[0042] 密封壳体1。

[0043] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。