CN111063909B - 一种用于液态金属电池的正极稳定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于液态金属电池的正极稳定装置，属于金属电池技术领域。该装置为中通的柱状或孔状结构，结构边缘与电池金属壳体固定，结构内部中通部分均匀分布正极材料。该装置位于正极材料所在区域内，不超出或略微超出正极材料的最大高度，装置在水平方向上具有从中心向四周延伸、旋转对称的结构，用于向四周传导热量，避免液态金属电池温度过高性能受影响。在竖直方向上具有各高度形状均相同的柱状和孔状结构，将正极材料划分为若干小区域，使正极材料的分布更稳定和均匀。整个装置选用具有较高热导率、耐热性和耐腐蚀性的材料制作而成，如高导热的陶瓷。该装置能够改善液态金属电池的性能，同时延长其使用运行寿命，而且加工制造简便。
Description
技术领域
本发明涉及金属电池技术领域，特别是指一种用于液态金属电池的正极稳定装置。
背景技术
液态金属电池由负极、正极、熔融盐电解质、金属外壳等部分组成。负极、正极与熔融盐电解质之间的接触情况是影响电池性能的重要因素之一。同时，如果液态金属电池在使用时产生的热量在其内部正极大量累积，也会影响电池性能。因此，改善底部正极材料的工作状况对液态金属电池的结构优化起重要作用。
目前的液态金属电池结构，正极与熔融盐电解质直接接触，正极材料的润湿现象会使正极材料呈椭球状而非圆柱。液态金属电池内部的不稳定性也会带来正负极材料接触、内部短路的风险。液态金属电池工作时，热量会在底部正极积累，随着时间的增加，底部温度升高，对电池性能亦有影响。
在正极部分增加一种装置，使用导热、耐热、绝缘、耐腐蚀的材料制成的正极稳定装置，能够在使正极材料分布均匀的同时，起到一定的散热效果，将其应用于液态金属电池，可以提高电池性能、延长寿命。
发明内容
本发明为克服现有电池内部温度分布不均匀及厚电解质电池产热较多的不足，提供一种用于液态金属电池的正极稳定装置，不仅能增强电池的界面稳定性，还可以有效地防止电池内部短路，从而延长电池的运行寿命。
该装置为中通的柱状或孔状结构，固定在电池金属壳体内部，正极材料均匀分布在中通的结构中。
该装置在水平方向上具有从中心向四周延伸、旋转对称的结构，在竖直方向上具有各高度形状均相同的柱状或孔状结构。
该结构高度不超过或略微超过正极材料的最大高度，一般不超过正极材料最大高度的120％。
该结构选用高热导率、耐热和耐腐蚀性材料制成，如采用高导热陶瓷制成。
该装置适用于液态金属电池。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，该装置利用孔状结构将正极材料在一定程度上分隔，使正极材料的分布尽可能均匀，避免在表面张力作用下形成椭球状的整体，并且削弱液态金属电池内部的不稳定性；该正极稳定装置选用导热耐热的材料如高导热的陶瓷，可以使得正极区域温度也能分布均匀，促进正极的散热，从而避免因为正极的平均温度过高而影响电池性能。同时，材料具有的较好的耐腐蚀、耐热性能，能够满足液态金属电池对材料的要求。整体上，该装置能够改善液态金属电池的性能，同时延长其使用运行寿命，而且加工制造简便。
附图说明
图1为本发明的采用蜂窝孔结构的正极稳定装置示意图；
图2为图1中装置结构示意图，其中，(a)为结构示意图，(b)为(a)中A-A剖面图；
图3为本发明的采用环形式结构的正极稳定装置的结构示意图，其中，(a)为结构示意图，(b)为(a)中A-A剖面图。
其中：1-负极集流体；2-绝缘陶瓷；3-金属壳体；4-多孔载体；5-正极稳定装置；6-负极；7-熔融盐电解质；8-正极；9-固定圈。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于液态金属电池的正极稳定装置。
该装置为中通的柱状或孔状结构，固定在电池金属壳体内部，正极材料均匀分布在中通的结构中。该装置位于正极材料所在区域内，不超出或略微超出正极材料的最大高度，并与电池壳体固定成为整体。装置在水平方向上具有从中心向四周延伸、旋转对称的结构，用于向四周传导热量，避免液态金属电池因内部温度过高性能受到影响，在竖直方向上具有各高度形状均相同的柱状和孔状结构，用于将正极材料划分为若干小区域，使其分布更加稳定和均匀。整个装置选用具有较高热导率、耐热性和耐腐蚀性的材料制作而成，如高导热的陶瓷。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
如图1，为一种蜂窝孔结构的该装置，图2为安装该装置后液态金属电池的结构图。改进的液态金属电池结构由负极集流体1、绝缘陶瓷2、金属壳体3、多孔载体4、正极稳定装置5、负极6、熔融盐电解质7、正极8和固定圈9组成。
正极稳定装置5采用高导热性能的陶瓷材料制成，位于金属壳体3内的底部；由于正极稳定装置5密度小于正极8密度，电池内加装固定圈9避免正极稳定装置5上浮；固定圈9采用与电池壳体3相同的材料，并与电池壳体3焊接；正极稳定装置5孔的形状为正六边形，密布于电池截面内，呈蜂窝状；正六边形孔的外切圆直径为液态金属电池内径的1/15；孔的高度为正极材料静止时高度的1.1倍，但不超过正极8、负极6、熔融盐电解质7均静止时熔融盐电解质7的中间高度。
实施例2
如图3所示，为采用环形式结构的该装置，正极稳定装置5由4层半径依次递增的环形壁面以及6层的径向壁面构成；相邻两层环形壁面的间隔以及最内层壁面的直径均为电池壳体3内径的1/10，相邻两层径向壁面间隔60°；这些壁面将整个正极区域划分为若干个小的区域；壁面材料选用合金钢；壁面与电池壳体3通过焊接的方式固定；正极材料填充于各个小区域中；所有位置的壁面高度均为正极材料静止时高度的1.15倍，但不超过正极8、负极6、熔融盐电解质7均静止时熔融盐电解质的中间高度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于液态金属电池的正极稳定装置，其特征在于：为中通的柱状或孔状结构，固定在电池金属壳体内部，正极材料均匀分布在中通的结构中；
所述结构高度不超过正极材料最大高度的120%；
所述结构选用高热导率、耐热和耐腐蚀性的陶瓷制成。
2.根据权利要求1所述的用于液态金属电池的正极稳定装置，其特征在于：该装置在水平方向上具有从中心向四周延伸、旋转对称的结构，在竖直方向上具有各高度形状均相同的柱状或孔状结构。
3.根据权利要求1所述的用于液态金属电池的正极稳定装置，其特征在于：该装置适用于液态金属电池。
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