[发明专利]一种由金属与过氧化物组成的高能量密度充放电电池及其应用

权利要求书

1.一种由金属与过氧化物组成的高能量密度充放电电池，由隔膜、负极、正极和电解质组成，其特征为：

(1)所述隔膜为固体，且碱金属离子能够可逆通过该隔膜；

(2)所述负极含有碱金属，或含有碱金属之间的合金，或含有碱金属与其它金属组成的合金；

(3)所述正极为含过氧化物(ROOR′)和金属盐的混合水溶液；

(4)所述电解质分为负极侧的电解质和正极侧的电解质；负极侧的电解质为有机电解液、聚合物电解质或离子液体电解质或它们的混合物；正极侧的电解质为含金属盐的水溶液或水凝胶。

2.根据权利要求1所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述的隔膜为含碱金属无机氧化物、含碱金属硫化物或含碱金属盐的全固态聚合物电解质，或者为它们之间的混合物；所述的含碱金属无机氧化物为MTi₂(PO₄)₃、M₄Ge_0.5V_0.5O₄、M₄SiO₄、MZr(PO₄)₂、MB₂(PO₄)₃或M₂O-P₂O₅-B₂O₃，其中M为Li、Na、K、Rb或Cs，或这些含碱金属无机氧化物的掺杂物；所述的含碱金属硫化物为M₂S-GeS₂-SiS₂或M₃PO₄-GeS₂-SiS₂等三元体系，或这些含金属硫化物的掺杂物；所述含金属盐的全固态聚合物电解质为含金属盐的聚氧化乙烯、含金属盐的聚偏氟乙烯或含金属盐的硅氧烷单离子聚合物电解质，或部分或全部氟取代的含金属盐烯烃类单离子聚合物电解质。

3.根据权利要求1或者2所述的高能量密度充放电电池，其特征为其中所述的碱金属包括Li、Na、Rb或Cs；所述的其它金属包括Mg、Al、B、Si、Ga、In、Sn或Pb。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述负极侧的电解质包括有机电解液、聚合物电解质或者离子液体电解质。

5.根据权利要求4所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述的有机电解液为在有机溶剂中溶解有金属盐的溶液；所述的金属盐包括MClO₄、MBF₄、MPF₆、MBOB或MTFSI，所述的有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯或二甲基亚砜中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述的聚合物电解质包括全固态的聚合物电解质或凝胶聚合物电解质，所述的全固态聚合物电解质为含金属盐的聚氧化乙烯、含金属盐的聚偏氟乙烯或含金属盐的硅氧烷单离子聚合物电解质，或者为部分或全部氟取代的含金属盐烯烃类单离子聚合物电解质，或者为它们的混合物；所述的凝胶聚合物电解质为含有上述有机电解液的聚氧化烯烃、丙烯腈的聚合物或共聚物、丙烯酸酯的聚合物或共聚物、含氟烯烃的单聚物或共聚物。

7.根据权利要求4所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述的离子液体电解质为含BF₄^-或CF₃SO₃^-类阴离子或含咪唑类、吡啶类、硫鎓类阳离子的离子液体。

8.根据权利要求1所述的高能量密度充放电电池，其特征为所述的正极的催化剂为碳材料、金属及其氧化物或者氢氧化物、金属及其氧化物与碳材料的复合物，正极为含过氧化物(ROOR′)和碱金属盐水溶液。