[发明专利]混合活性金属离子/金属-氧电池体系、其构建方法和应用

权利要求书

1.一种混合活性金属离子/金属-氧电池体系，其特征在于，所述电池体系以活性金属作为负极，氧气和活性载体材料作为正极，且在电化学反应过程中可逆地生成一种同时含活性金属离子、氧和活性载体材料的中间化合物。

2.根据权利要求1所述的电池体系，其特征在于，所述活性金属选自以下一种或多种：锂、钠、钾、镁、钙、铝，锌。

3.根据权利要求1或2所述的电池体系，其特征在于，所述活性载体材料含有在电化学反应过程可变价的金属离子；

优选地，所述金属离子选自以下一种或多种：钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锆、铌、钼、钌、钨、锡，锑。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池体系，其特征在于，所述活性载体材料选自以下一种或多种：金属氧化物、金属氟化物、金属硫化物、金属硒化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氯化物、金属溴化物，金属碘化物、金属含氧酸盐；

优选地，所述活性载体材料选自以下一种或多种：MoS₂，WSe₂，FeCl₂，Nb₂N₃，VCl₄，FeS，ZrN，WCl₂，Li₅FeO₄，Li₂MnO₃·LiFeO₂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池体系，其特征在于，所述中间化合物选自以下一种或多种：金属氧化物、金属氟氧化物、金属硫氧化物、金属硒氧化物、金属碳氧化物、金属氮氧化物、金属氯氧化物、金属溴氧化物，金属碘氧化物。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池体系，其特征在于，所述电池体系中还包括催化剂；

优选地，所述催化剂选自以下一种或多种：金属碘化物、金属碘酸盐、金属溴化物、金属溴酸盐、铂、金、氧化锰、氧化钌、碳化钼、四硫富瓦烯、四甲基哌啶氮氧化物，碳材料；

更优选地，所述碳材料选自以下一种或多种：导电碳黑、石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、石墨和硬碳。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池体系，其特征在于，所述电池体系的运行环境为富氧环境。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池体系的构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将所述活性金属片作为负极；

(2)将正极活性载体材料制备为正极；

(3)制备电解液；

(4)将步骤(1)～(3)所得材料组装成为半开放电池，其中正极部分暴露在氧气气氛中；

(5)所述电池循环在富氧环境中进行，得到本发明所述的电池体系；

优选地，步骤(3)中所述电解液为液体电解液或固体电解液；

更优选地，所述电解液中加入催化剂。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述正极材料直接生长在电极上和/或与添加剂和粘接剂混合后喷附在电极上；

优选地，所述添加剂选自以下一种或多种：导电碳黑、碳纳米管、石墨烯；和/或

所述粘接剂选自以下一种或多种：聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的混合活性金属离子/金属-氧电池体系在制备化学电源产品中的应用。