[发明专利]一种用于液态和半液态金属电池的正极材料

说明书

本发明属于储能电池的电极材料，具体涉及一种用于液态和半液态金属电池的正极材料，该正极材料为金属Te或者Te与Sn、Sb、Pb、Bi中的一种以上单质形成的Te合金。本发明创造性的采用金属Te和Te与Sn、Sb、Pb、Bi的合金作为正极材料，金属Te电负性高可提供较高电压，熔点低(449℃)，Te合金制备简单、成本低廉，且与现有负极材料具有良好的电化学性能，将其应用于液态/半液态金属电池的正极材料时，可有效解决液态/半液态金属电池的工作电压低和电池的运行温度高的问题，提高电池运行电压、提高能量密度，降低运行温度、减少电池成本，因而尤其适用于液态和半液态金属电池。

技术领域

本发明属于储能电池的电极材料，具体涉及一种用于液态和半液态金属电池的正极材料，其能够解决于液态和半液态金属电池工作电压低和运行温度高的问题。

背景技术

可再生能源的开发和利用已经成为解决现有能源和环境问题的重要途径，然而，目前风能和太阳能发电的有效利用依然存在着很大的挑战，规模化储能被认为可有效平抑风能和太阳能发电的间歇性和波动性，解决其接入电网的关键问题。液态金属电池是一类新近发展起来的高温储能技术，其基本特征是：电池正负极均由廉价金属材料构成，电解质为简单无机盐，电池在300℃～700℃运行，运行时正负极金属和电解质均是液态，由于熔盐电解质、正极和负极液态金属互不相溶且密度不同，三层液态自动分层。由于该储能技术拥有成本低廉，寿命长，结构简单、容易放大等优点，液态金属储能电池得到了迅速的发展，是一类具有广阔应用前景的储能电池技术。

然而，尽管液态金属储能电池具有上述的种种优点，其正负极均为常规金属的设计使其工作电压较低，一般低于1.0V，限制了其在高能量密度储能领域的应用。如2012年在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)的文章《Magnesium-Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage》中报道的镁(负极)和锑(正极)全液态金属储能电池，其工作电压仅有0.4V。2014年在《自然》(Nature)杂志中的文章《Lithium–antimony–lead liquid metal battery for grid-level energystorage》报道的锂(负极)和锑-铅合金(正极)液态金属电池，其工作电压约为0.75V。较低的工作电压使得液态金属电池的能量密度较低，且给电池单体的管理带来了极大的难度，给液态金属电池技术的实际应用带来极大的挑战。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的液态和半液态金属电池做出进一步的完善和改进，使其能够克服工作电压低和运行温度高所带来的问题，以便满足其实际应用的需要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于液态和半液态金属电池的正极材料，其中结合现有的液态和半液态金属电池工作电压低、运行温度高的特点，相应设计了正极材料和电池的结构，创造性的采用金属Te和Te与Sn、Sb、Pb、Bi的合金作为正极材料，并通过对合金中各组成的摩尔百分比等方面进行研究和设计，相应可有效解决液态/半液态金属电池的工作电压低的问题，同时由于Te金属的熔点低，能够有效地降低电池的运行温度，由此制备的电池还具有电压稳定、成本低廉等优点，因而尤其适用于液态和半液态金属电池。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于液态和半液态金属电池的正极材料，其特征在于：该正极材料为金属Te，或者金属Te与金属Sn、Sb、Pb、Bi中的一种以上单质形成的Te合金。

进一步优选地，所述Te合金的化学式为：