[发明专利]液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用途。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭及带来的环境问题日益突出，开发利用太阳能、风能等可再生能源迫在眉睫。然而，由于太阳能、风能的波动性与间歇性导致了电网的不稳定，所以需要大力发展大规模储能技术。大规模储能技术可以有效的解决太阳能、风能等可再生能源间歇性供电的问题，实现需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷等。

目前主要的大规模储能技术有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电化学储能等。各种储能技术具有各自的使用条件及优势，都处于积极的研发与演示阶段。其中储能用化学电源如钠硫电池、全钒液流电池、锂离子电池作为大规模储能设备已经有了一些演示。

然而钠硫电池需要在300度高温下运行，熔融态金属钠和硫的直接使用导致了这种电池存在着严重的腐蚀问题以及安全隐患。全钒液流电池所用的钒离子属于剧毒物质且资源有限，另外其运行过程中存在着正负极活性物质的相互扩散的问题，而且这种储能电池的能量密度并不高。锂离子电池作为大规模储能电池具有较好的性能，但是锂离子储能电池的制造成本高。因此目前并没有一种储能电池能够能满足低成本、安全性好、原材料丰富等综合性的要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用途。所述液态金属负极材料具有液体的流动性、良好的电子导电和离子导电性、低的电位、高的安全性以及良好的浸润性能，将这种材料作为负极制备成的电池具有高比能量、长循环寿命的特性，可用于太阳能、风能等电站输出电能的存储。

第一方面，本发明实施例提供了一种负极材料为碱金属、芳香族化合物和醚类溶剂混合生成的墨绿色液体；

其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种或多种；

所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的任意一种或多种；

所述醚类溶剂包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基丙烷、二氧戊烷、1，4-二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1，1-二乙氧基乙烷、二甲基亚砜、环丁砜或二甲基砜中的任意一种或多种。

第二方面，本发明实施例提供了一种如上述第一方面所述的液态金属负极材料的制备方法，所述方法包括：

在氩气的保护气氛中，将碱金属和芳香族化合物按照一定摩尔比加入醚类溶剂中，静置，得到所述液态金属负极材料；

其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种或多种；

所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的任意一种或多种；

所述醚类溶剂包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基丙烷、二氧戊烷、1，4-二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1，1-二乙氧基乙烷、二甲基亚砜、环丁砜或二甲基砜中的任意一种或多种。

第三方面，本发明实施例提供了一种包含上述第一方面所述的液态金属负极材料的可充放室温液态金属电池。

优选的，所述可充放室温液态金属电池还包括：

液体正极材料或浆料正极材料中的一种，以及离子导电、电子绝缘的固体电解质膜；

其中，所述固体电解质包括用于传导钠离子、锂离子或钾离子的Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷、Na-β″-Al₂O₃陶瓷、K-β″-Al₂O₃陶瓷、Li₇La₃Zr₂O₁₂陶瓷或Li₁₀GeP₂S₁₂陶瓷中的任意一种。

优选的，所述浆料正极材料的制备方法包括：

将正极活性物质的固体粉末、碳粉按一定质量比混合均匀，加入一定量的支持电解质并进行搅拌，即得到所述液体正极材料；