[发明专利]双金属电极二次电池

说明书

本发明涉及双金属电极二次电池，所述双金属电极二次电池的结构包括：由第一金属或其合金构成的负极、由固态电解质与第二相电解液共同组成的电解质，以及由电负性大于第一金属的第二金属或其合金构成的正极；其中，固态电解质兼作负极与所述第二相电解液之间的隔膜在负极侧传导负极金属离子；所述第二相电解液在正极侧提供正极金属离子并参与正极侧的电化学反应。

技术领域

本发明涉及一种电化学储能装置，具体涉及一种双金属电极二次电池，属于二次电池制备领域。

背景技术

风能和太阳能等可再生能源受天气气候的影响，具有不稳定性与不连续性，将对电网造成冲击，而大规模储能是应对这一问题的关键技术之一。电力存储的方式主要有机械储能、电化学储能和电磁储能，其中电化学储能因其灵活、快速的特点，成为目前电力储能系统中最炙手可热的储能方式，主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等。锂离子电池和铅酸电池具有较好的产业化基础，是目前电化学储能的主要参与者。相比之下，铅酸电池价格低廉，安全性能相对可靠，但是电池的循环寿命短，并且会造成环境污染；锂离子电池比功率与比容量大，但容量衰减问题还待进一步研究，且电极材料价格高昂也限制了其应用。因此，成本低廉、性能稳定且绿色环保的新型储能技术亟待发展。

近年来已经提出了各种双金属电极电池，其具有电极材料廉价、电池结构简单、电化学性能稳定、易于放大等特点，显示出大规模储能的潜力。举例来说，有的工作使用“有机电解液/固态电解质/水系电解液”混合电解质制备“锂-铜”双金属电池(Wang Y.G.,etal.Electrochemistry Communications,2009,11(9):1834-1837.)，该电池在0.5mA/cm²的电流密度下具有287mAh/g的高放电容量。专利1(中国公开号CN 103155234 A)公开了一种“具有双金属电极的碱金属离子电池组”，其在充电和放电期间使用液体金属和电解质来运行，通过碱金属原子在具有不同化学势的电极环境之间传输来提供电压。该电池具有寿命长、容量稳定等特点。专利2(中国公开号CN 107851862 A)公开了一种“具有钠离子传导性陶瓷隔板的钠-铝电池”，分别使用金属钠与金属铝作为负极与正极。该电池具有1.55V的放电电压，能量密度达到366Wh kg^-1，与商业的锂离子电池的能量密度相当。

然而，以上提出的双金属电极电池存在如下问题。具有混合电解质的锂-铜电池，负极侧使用有机电解液，易燃易挥发，还存在负极金属锂沉积与生长不均匀、锂与有机电解液之间存在副反应等问题，电池具有一定的安全隐患。专利1(中国公开号CN 103155234 A)公开的液态金属电池放电电压低，基本小于1V，导致电池能量密度低；同时电池结构上依赖液态金属电极与电解质的密度不同分层，一旦受到晃动，上下层混合，会发生严重的短路，存在安全隐患；除此之外，为了使电极与电解质处于液态，电池的工作温度在300～700℃之间，造成电池的能量效率低，同时熔融的电解质对电池内部结构的腐蚀性强。而专利2(中国公开号CN 107851862 A)公开的钠-铝电池，由于电池放电过程中在正极侧生成了固态的氯化钠，造成电池的循环性能差，无法满足实际应用的要求。同时，为了使负极的金属钠与正极电解质处于熔融态，电池的工作温度一般需高于100℃，同样具有能量效率低与正极电解质对电池结构腐蚀的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种双金属电极二次电池，所述双金属电极二次电池的结构包括：由第一金属或其合金构成的负极、由固态电解质与第二相电解液共同组成的电解质，以及由电负性大于第一金属的第二金属或其合金构成的正极；

其中，固态电解质兼作负极与所述第二相电解液之间的隔膜在负极侧传导负极金属离子；所述第二相电解液在正极侧提供正极金属离子并参与正极侧的电化学反应。