[发明专利]一种液态或半液态金属电池的高电压正极材料及应用

说明书

一种液态或半液态金属电池的高电压正极材料，属于储能电池电极材料领域。正极材料为单质Se或者Se与金属Bi、Sn、Pb、Sb、Cu、Zn中的一种及以上形成的Se合金。单质Se电负性较高(2.4)，具有较高的理论电位，将其与常用负极材料如金属Li、Na、Mg、Ca等装配成液态或半液态金属电池，可大幅度提高电池的工作电压，提高电池的能量密度。将其金属Bi、Sn、Pb、Sb、Cu、Zn中的一种及以上与Se进行合金化，可有效改善正极材料的电子电导，提高Se的利用率，进而提高材料的放电容量及能量密度；还可加快电极反应动力学，减少电池充放电极化，提高能量效率。应用本发明正极材料的液态或半液态金属电池，具有更高的工作电压、能量密度和效率。

技术领域

本发明属于储能电池的电极材料领域，具体涉及一种液态或半液态金属电池的高电压正极材料，可用于解决液态或半液态金属电池工作电压低、能量密度低和能量效率低的问题。

背景技术

随着当今全球环境问题日益突出，可再生能源的开发和利用备受重视。作为绿色能源的代表，风能、太阳能光伏发电受到人们日益关注，但由于风能、太阳能受光照、气候等环境因素影响较大，具有随机性和间歇性的特点，直接接入电网会对电网造成冲击，严重影响电网的安全性和稳定性。储能技术可以有效平抑可再生能源的间歇性和波动性，实现可再生能源发电的平稳输出以及并入电网，因而是可再生能源发电系统中的重要技术之一。目前，较为常用的储能技术包括电化学储能、抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等。其中，电化学储能技术由于具有响应速度快、易于模块化、不受地理位置限制等优点，在新能源储能领域展现出良好的发展前景。

液态金属电池作为一种新兴的电化学储能技术，近年来备受研究人员的重视。其正、负极材料一般为金属或合金，电解质为金属卤化物熔盐。在300～700℃的工作温度下，三者均为液态或半液态，并且由于密度不同且彼此的不混溶性自下而上自动分为3层。基于全液态的电池结构，电池具有较高的自愈性，在循环过程中不会因离子反复脱嵌而产生电极微观结构的坍塌与退化。此外，相较于其它电化学储能技术，液态金属电池还具有超长的循环寿命，低廉的成本，并且电池装配简单，易规模化放大，可以适配不同规模的电网。这些优点使液态金属电池在大规模储能中具有广阔的应用前景。

近年来，液态金属电池的研究受到了储能领域研究学者的重视，发展出了Sb、Sn、Bi、Pb等正极材料，并通过合金化策略实现了降低电极材料熔点，改善集流体润湿性，提高电池倍率性能等有益效果。然而，由于Sb、Sn等正极材料的金属性较强，与液态金属电池常用的负极材料(如Li、Na、Ca等)装配成电池，电池的理论电压均较低(1.1V)。例如，目前最具商业化前景的Sb基和Bi基材料对Li的电动势仅为0.92和0.72V(Chemical Reviews 113(2013)2075-2099；Chemistry of Materials 30(2018)8739-8746)。过低的放电电压会导致较低的电池能量密度，从而严重阻碍了液态或半液态金属电池在大规模储能中的应用。

基于上述缺陷与不足，本领域亟需对现有的液态或半液态金属电池做出进一步的改进和创新，开发新型高电压液态或半液态金属电池正极材料，进而提高电池能量密度，以满足实际储能应用的需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷与不足，本发明提供了一种应用于液态或半液态金属电池的高电压正极材料，将其应用于储能电池后，可有效解决现有液态或半液态金属电池工作电压低、能量密度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，其特征在于：

本发明提供一种应用于液态或半液态金属电池的高电压正极材料，为单质Se或Se与金属Bi、Sn、Pb、Sb、Cu、Zn中的一种及以上形成的Se合金。