[发明专利]一种金属‑氧气二次电池

说明书

本发明提供了一种金属‑氧气二次电池，包括正极、负极和电解液；所述负极包括锂钠合金。本发明采用非常规合金‑锂钠合金，作为金属‑氧气二次电池的负极，利用氧气，放电时，反应生成过氧化锂和过氧化钠附着在正极上，将化学能转化为电能；充电时，正极上的过氧化锂和过氧化钠分解，释放氧气，实现氧气的循环利用。本发明填补了非常规概念上的金属合金用于空气电池技术领域的空白，扩展了空气电池的研究领域，简洁高效，解决了支晶效应，减少因反复循环而产生的裂纹，具有高稳定性，原子利用率高，符合绿色化学的要求，有利于氧气的存储、循环，以及大规模可再生能源的循环存储与利用。

技术领域

本发明涉及金属-空气二次电池技术领域，涉及一种金属-氧气二次电池，尤其涉及一种基于锂钠合金负极的金属-氧气二次电池。

背景技术

空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，所不同的只是它的正极活性物质取自空气中的氧或纯氧，也称为氧气电池，按负极材料通常分为锂-空气电池，锌-空气电池、铝-空气电池以及镁-空气电池等。

锌-空气电池就是以锌为负极，以氢氧化钠或氢氧化钾为电解液，而正极则是多孔的活性炭，因此正极能吸附空气中的氧气用以代替一般干电池中的氧化剂。锌-空气电池便于携带，可以通过更换电极反复使用，具有较好的安全性。同时，锂-空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度。理论上来说，氧气作为正极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，可以提供与汽油同等的能量，而且锂-空气电池从空气中吸收氧气放电，因此这种电池可以更小、更轻。铝空气电池，结构以及使用的原材料可根据不同环境和要求而变动，具有很大的适应性，既能用于陆地也能用于深海，既可做动力电池，又能作长寿命高比能的信号电池，有很广阔的应用前景，铝空气电池的进展十分迅速，在电动汽车上的应用已取得良好效果，具有比能量大、质量轻、无毒和安全等特点。镁-空气电池，能量密度高、理论电压高、清洁安全，镁储量丰富，但镁的化学活性较高，在电解质溶液中溶解速度快，产生大量氢气导致负极利用率低，由于有害杂质存在，易发生微观原电池腐蚀反应，因而自腐蚀速率大，以及电压滞后等等。为防止自腐蚀，通常都利用常规的合金材料的概念，采用镁合金的形式，如AZ31等等。

但是无论哪种金属-空气电池，大多都是理论上的优势，要能够拓展到应用领域，还需要诸多方面的研究，而为了满足日益增长的对能源存储的需求，具有超高理论能量密度的金属-空气电池的应用性能研究一直都受到广泛的关注。

如锂-氧气电池虽然被成功研制，但在使用过程中，其产物过氧化锂的无序生长严重的阻碍反应的有效发生，反应过程中还会伴随电解液的分解，并且在反复的充放电过程中引起体积膨胀导致裂纹和支晶生长方向的不可控制，同时金属与电解液表面形成新的固态电解质界面膜，降低了库伦效率，增加了电池阻抗，导致电池的短路，引起一系列的安全问题，严重的阻碍了大规模的产业化利用。

因此，如何对金属-空气电池进行改进，解决其在实际使用中存在的问题，使其具有更高的实用性，已成为领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种金属-空气二次电池及其制备方法，特别是一种基于锂钠合金负极的金属-氧气二次电池。本发明采用了非常规合金的锂钠合金作为电池的负极，填补了非常规合金-氧气二次电池技术领域的空白，解决了支晶效应，减少因反复循环而产生的裂纹，具有高稳定性以及高原子利用率。

本发明提供了一种金属-氧气二次电池，包括正极、负极和电解液；

所述负极包括锂钠合金。

优选的，所述锂钠合金中，锂和钠的质量比为(0.6～13)：1。

优选的，所述锂钠合金中，锂和钠的质量比为(5～7)：1；

所述锂钠合金由金属锂和钠熔融混合，再快冷后得到。

优选的，所述正极包括集流体；