CN105374980A - 界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极及电池制备方法 - Google Patents

Abstract

一种界面浸润的准固态碱金属电池，包括正极层、负极层和电解质层，其中电解质层为固体电解质，正极层和/或负极层中包含电极活性物质和界面浸润添加剂，所述界面浸润添加剂在工作温度范围内为液态，能够传导离子，并能够浸润电极活性物质和固体电解质。以及一种界面浸润的准固态碱金属电池的电极以及所述电池的制备方法。本发明的准固态碱金属电池具有高的安全特性、宽的电压窗口并且能够在宽的温度范围内工作。

Description

界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极及电池制备方法

技术领域

本发明涉及一种碱金属电池，尤其是一种界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极及电池制备方法。

背景技术

近年来随着移动通信设备、电动汽车的发展，以及电网储能及小型储能需求的发展，开发能够在宽的温度范围使用、具有高安全性、高的能量密度及功率密度的电池十分关键。

在各种商业化可充放电化学储能装置中，锂离子电池拥有最高的能量密度(例如参见文献Zu，C.-X.andH.Li，“Thermodynamicanalysisonenergydensitiesofbatteries”，Energy&EnvironmentalScience4(8)：2614-2624，2011)。现有的商用锂离子电池主要包含两种类型，一种是采用液态电解质的锂离子电池，另外一种是采用凝胶电解质的锂离子电池。液态电解质是锂盐溶于有机溶液中，并包含添加剂。锂盐为LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄等；有机溶剂为环状碳酸酯(EC、PC)、链状碳酸酯(DEC、DMC、EDC)和羧酸酯类(MF、MA、EA、MP等)溶剂。凝胶电解质是在多孔的聚合物基体中吸附电解液形成的电解质。与液体电解液相同，凝胶电解质中的电解液起到离子传导及在负极表面形成稳定的固体电解质层(SEI)的作用。但凝胶型电解质中电解液的含量相对较少，因此凝胶型电解质电池的安全性能会显著提高(例如参考文献Tarascon，J.-M.andM.Armand，“Issuesandchallengesfacingrechargeablelithiumbatteries”，Nature414(6861)：359-367，2001)。

现有的液态电解质的锂离子电池与凝胶电解质的锂离子电池都采用有机电解质作为离子传输的主体，有机液体电解质拥有较高的离子电导率，能够有效的浸润电极颗粒，并能够在碳电极表面形成稳定的固体电解质膜(SEI)。因此现有商用锂离子电池具有低的电池内阻及循环稳定性。但有机液体电解质低温电导率会显著下降，并且易挥发，易燃。因此当温度降低时电池内阻会显著增大，无法满足低温条件下的应用要求。当温度升高时，电解液挥发，也会使电池内阻增大电池性能变差，电解液易燃，还会造成电池起火爆炸等安全问题。另外液体电解液在低电位会被还原在负极表面形成固体电解质膜，造成电池充放电库仑效率较低。另外由于目前商用锂离子电池电解液体系中一般采用LiPF₆作为电解质盐，LiPF₆热稳定性差，并且与水反应会生成HF，造成电池性能劣化。目前常用有机电解液体系电化学窗口有限，限制了锂离子电池的工作电压的进一步提高。因此限制了输出的能量密度及功率密度(例如参考文献Xu，K.，“Nonaqueousliquidelectrolytesforlithium-basedrechargeablebatteries”，Chemicalreviews104(10)：4303-4418，2004)。

综上所述，液态电解质电池、凝胶电解质电池，由于含有易燃的有机溶剂，在常温下具有优异的电池内阻及循环寿命，但存在着低温电池内阻较大，电池性能差；高温电解液挥发，电池易燃，安全性能较差；首周库伦效率低；电池生产环境要求苛刻，生产成本高；电池输出电压有限，限制了输出的能量密度及功率密度等问题。

为了克服现有商业锂离子电池所面临的问题，诸多研究机构在大力发展固体电解质的锂离子电池。相对于液体电解质，固体电解质不挥发，不可燃。因此采用固体电解质的固态电池会具有优异的安全性。此外由于固体电解质能在宽的温度范围内保持稳定，因此固态电池能够在宽的温度范围内工作。大多数固体电解质对水分不敏感，能够在空气中长时间保持良好的化学稳定性，因此固态电池的制造流程不需要惰性气氛的保护，降低了电池的制造成本。此外固体电解质具有很宽的电化学窗口，因此固体电池能够应用更高电压的电极材料从而提高电池能量密度。相对于多孔的凝胶电解质及浸润液体电解液的多孔隔膜，固体电解质致密，并具有很高的强度及硬度，能够有效的阻止锂枝晶的刺穿，因此提高了电池的安全性。综上，采用固体电解质的电池，可能具有优异的安全性、良好的循环特性及更高的能量密度(例如参考文献KevinS.Jones，N.G.R.，IsaiahOladeji，RolandPitts，RichardFox，“Thestateofsolidstatebattery”，AmericanCeramicSocietyBulletin91(2)，2013)。

固体电解质包括无机固体电解质、聚合物固体电解质以及复合电解质。无机固体电解质是一类具有较高离子传输特性的无机快离子导体材料，其具有良好的机械强度，能够阻止锂枝晶穿透电解质造成内短路。可以采用原子层沉积、磁控溅射、流延成型、陶瓷烧结等方法制备成不同厚度、不同形状的电解质层。固态聚合物电解质是采用锂盐与聚合物复合形成的聚合物质的电解质材料。其在玻璃化转变温度以上具有较高的电导率，并具有良好的柔韧性及拉伸剪切性能，能够制备成柔性可弯折电池(例如参考文献Fergus，J.W.，“Ceramicandpolymericsolidelectrolytesforlithium-ionbatteries”，JournalofPowerSources195(15)：4554-4569，2010)。

根据采用电解质的不同，全固态电池主要包括无机固体电解质的全固态电池、聚合物全固态电池。无机固体电解质在较宽的温度范围内具有良好的离子传导性能及电化学稳定性，无机固体电解质基的全固态电池能够在宽的温度范围内工作；但无机电解质与电极的界面电阻较大，电池的倍率性能、循环性能、低温性能等较差。较大界面电阻的产生主要源于四方面的原因：(1)离子在电解质与电极材料界面处存在较大的跃迁势垒，离子的跃迁较困难；(2)无机电解质的粉体与陶瓷材料形变性能较差，因此无机电解质与无机电极材料的接触面积较小，造成界面电阻会较大；(3)无机电解质材料与电极材料在电池制备或电池循环过程中，会发生元素在界面处的互扩散，形成低离子电导的中间层，阻塞了离子的迁移；(4)一般锂离子电池正负极材料在充放电过程中可能发生体积膨胀收缩，采用固体电解质时电解质和电极的接触会逐渐变差。

聚合物具有良好的拉伸及剪切性能，因此全固态电池可以制备成多种形状的柔性及可形变的电池。但由于聚合物电解质只有在玻璃化转变温度以上才有较高的离子电导率，因此聚合物电池的工作温度有限，另外目前常用的与金属锂稳定的PEO聚合物电解质，电化学窗口较窄，因此PEO聚合物的全固态电池不能采用高电压电极材料，限制了电池的输出电压及能量密度。此外由于聚合物电解质在长期使用过程中会逐渐析晶，导致电解质电导率下降，因此聚合物全固态电池的循环性能较差。此外，对于无机固体电解质的全固态电池及聚合物全固态电池，由于电极材料在充放电过程中会发生体积的收缩与膨胀，从而造成电极活性物质颗粒与导电集流体及电解质材料的接触变差，电池内阻会显著增加，并且导致电池容量出现衰减(例如参考文献：许晓雄、邱志军等，“全固态锂电池技术的研究现状与展望”，《储能科学与技术》，2(4)，2013)。

综上所述，固态电池相对于液体凝胶电解质的电池，具有更高的安全性能，但目前固态电池面临着高的界面电阻，聚合物电解质有限的电化学窗口，聚合物析晶电导下降以及电极材料充放电过程体积膨胀与收缩等问题，限制了固态电池倍率性能、循环性能等电化学性能。为了解决目前商用锂离子电池存在的高温安全性低、循环寿命有限、工作温度窄、工作电压窗口有限等，发挥固态电池的优势，必须提出新的电池体系来解决其中的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极以及电池制造方法，以在保留现有固态电池的优点的同时，也克服上述固态电池存在的某些缺陷。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种界面浸润的准固态碱金属电池的电极，所述电极为正极层和/或负极层电极，包含有电极活性物质和界面浸润添加剂，所述界面浸润添加剂在工作温度范围内为液态，能够浸润所述电极活性物质。

其中，如果含量不为0，则所述电极中含有无极添加剂和/或有机添加剂；以及

所述电极活性物质在所述正极层和/或负极层中的质量分数为40％～99％，所述界面浸润添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为1％～30％，所述无机添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为0％～30％，所述有机添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为0％～30％；或者，所述电极活性物质在所述正极层和/或负极层中的体积分数为40％～99％，所述界面浸润添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为1％～50％，所述无机添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为0％～50％，所述有机添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为0％～50％。

其中，所述界面浸润添加剂包含选自碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液、碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质，以及离子液体电解质中的一种或多种。

其中，所述界面浸润添加剂为至少包含碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液的界面浸润添加剂，其中所述碱金属盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4；所述溶剂为选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、腈类有机溶剂、氟代碳酸酯类有机溶剂、氟代醚类有机溶剂、氟代腈类有机溶剂中的一种或多种。

其中，所述碳酸酯类有机溶剂为环状和/或链状碳酸酯类有机溶剂。

其中，所述环状碳酸酯类有机溶剂优选为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或几种；所述链状碳酸酯类化合物优选为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯以及碳原子数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或多种。

其中，所述醚类有机溶剂为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、二乙氧基乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种。

其中，所述腈类有机溶剂为选自乙腈、戊腈、3-甲氧基丙腈或是氰类衍生物中的一种或多种。

其中，所述电解液可以添加质量分数为0～40％的阻燃剂，所述阻燃剂为选自磷酸三甲脂TP、三乙基磷酸酯TEP、氟化磷酸烷基脂、三氟代乙基亚磷酸盐TTFP、氟化碳酸丙烯脂TFPC、乙烯基酯MFE中的一种或多种。

其中，所述界画浸润添加剂为全少包含碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质的界面浸润添加剂，其中所述碱金属盐为M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M2C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4；与所述碱金属盐复合的化合物为选自M_xA_y或其衍生物或聚阴离子化合物A_xZ_yX_z中的一种或多种，其中在M_xA_y中，M为Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si，A为O、F、Cl、Br、I、S，x＝0～4，y＝0～4；以及在A_xZ_yX_z中，A为Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si，Z为F、Cl、Br、I、S、As、B、Si、N、Se、Te、Ge、Sn、Al、C，X为O、S、N、H，x＝0～4，y＝0～4，z＝0～4。

其中，所述界面浸润添加剂至少包含离子液体电解质的界面浸润添加剂，所述离子液体电解液由阴阳离子构成，其中所述阳离子选自以下几种离子中的至少一种：Li⁺、Na⁺、K⁺、1，3-二甲基咪唑阳离子[MMIm]⁺、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[EMIm]⁺、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子[PMIm]⁺、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子[BMIm]⁺、1-戊基-3-甲基咪唑阳离子[C₅MIm]⁺、1-己基-3-甲基咪唑阳离子[HMIm]⁺、1-庚基-3-甲基咪唑阳离子[C₇MIm]⁺、1-辛基-3-甲基咪唑阳离子[OMIm]⁺、1-癸基-3-甲基咪唑唑阳离子[DMIm]⁺、1-十二烷基-3-甲基阳离子[C₁₂MIm]⁺、1-乙基-2，3-二甲基咪唑阳离子[EMMIm]⁺、N-乙基吡啶阳离子[Epy]⁺、十二烷基三甲基铵阳离子[N12，1，1，1]⁺、N-丁基-N-甲基吡咯烷阳离子[P₁₄]⁺、N-丁基-N-甲基哌啶阳离子[PP1，4]⁺、三丁基甲基膦阳离子[P1，4，4，4]⁺、1-胺丙基-3-甲基咪唑阳离子[APMIm]⁺、1-磺酸丙基-3-甲基咪唑阳离子[PrSO₃HMIm]⁺、三甲基羟乙基铵阳离子[HOEtN1，1，1]⁺、1-腈丙基-3-甲基咪唑阳离子[CPMIm]⁺、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子[AMIm]⁺、1-乙基甲基醚-3-甲基咪唑阳离子[EOMI_m]⁺、1-苄基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[BzMIm]⁺、1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑阳离子[AOMIm]⁺、1-羧甲基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[HOOCMIm]⁺；与所述阳离子络合的所述阴离子选自以下几种离子中的至少一种：TFSI^-、FSI^-、FNFSI^-、BOB^-、BO₃ ^3-、BO₂ ^-、AlO₂ ^-、CO₃ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₄ ^4-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-、AsO₄ ^4-、SO₄ ^2-、SeO₄ ^2-、ClO₄ ^-、BrO₄ ^-、IO₄ ^-、BF₄ ^-、AlF₄ ^-、PF₆ ^-、AsF₆ ^-、[CF₃SO₃]^-、[N(CF₃SO₃)₂]^-、[C(CF₃SO₃)₃]^-、[N(C₂F₅SO₂)₂]^-、[B(C₂O₄)₂]^-、X^-、[C₂H₅O₂]^-、[C₂O₄]^2-、[HCOO]^-、[C₆H₅O₂]^-、[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]^-，其中X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

其中，所述正极层包含正极活性物质，所述正极活性物质为选自I₂、S、O₂、CO₂、CO、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(PO₄)_g、M_2e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(SiO₄)_g、M_2e(Fe_2aCo_2bMn_2cNi_2d)_f(SO₄)_3g、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(BO₃)_g、M_3eV_2f(PO₄)_3g、M_eCo_fO_2g、Fe_fS_2g、Mn_fO_2g、M_e(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_aCo_bAl_c)_fO₂、M_2eMn_fO_3g-Me(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_apMn_q)_fO_4g中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，x+y+z＝1，且0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，a+b+c+d＝1，且0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，0.5≤e≤1.5，0.5≤f≤1.5，0.5≤g≤1.5，p+q＝2且0≤p≤2.5，0≤q≤2.5。

其中，所述负极层包含负极活性物质，所述负极活性物质包括碳材料、碱金属单质、碱金属MX合金、金属间化合物中的一种或多种，其中所述碳材料包括石墨、硬碳、软碳及其衍生物，所述碱金属MX合金中M为Li、Na、K，X为Sn、Si、Al、Ge、Sb、B，所述金属间化合物为Mg_xA或Z_ySb及其衍生物，其中A＝Sn，0＜x＜100，Z＝Cu、Mn，0＜y＜100。

其中，所述正极层和/或负极层中包含有机添加剂，所述有机添加剂为有机物粘结剂和/或聚合物电解质，其中所述有机物粘结剂为选自聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、乙烯丙烯酸、乙烯醋酸乙烯酯、丁苯橡胶或其衍生物中的一种或多种；以及

所述聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中所述聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种，所述锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

其中，所述正极层和/或负极层中包含无机添加剂，所述无机添加剂为选自碳材料、金属导电材料、无机导电材料中的一种或多种。

其中，所述碳材料优选为选自碳纳米、碳纤维、石墨烯、天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、导电炭黑中的一种或多种，所述金属导电材料优选为选自金属钛粉、金属铜粉、金属镍粉、金属钛纤维、金属铜纤维、金属镍纤维、金属钛薄膜中的一种或多种，所述无机导电材料优选为选自TiN、TaN、MoSi₂中的一种或多种。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供一种界面浸润的准固态碱金属电池，包括如上任一所述的准固态碱金属电池的电极和电解质层，其中所述电解质层为固体电解质。

其中，所述固体电解质为选自聚合物电解质、无机材料电解质、聚合物与无机材料形成的复合电解质中的一种或多种。

其中，所述固体电解质包含有聚合物电解质，所述聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中所述聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚环氧丙烷PPO，聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种；所述锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

其中，所述固体电解质包含有无机固体电解质，所述无机固体电解质包含有氧化物电解质、磷酸盐电解质、硫化物电解质中的一种或多种。

其中，所述无机固体电解质为氧化物电解质，所述氧化物电解质是由Li₂O或Na₂O与MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI中的一种或多种形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中M为Li、Na、K。

其中，所述无机固体电解质是硫化物电解质，所述硫化物电解质是由MgS、CaS、SrS、BaS、B₂S₃、Al₂S₃、Ga₂S₃、In₂S₃、SiS₂、GeS₂、SnS₂、CeS₂、Nb₂S₅、Sc₂S₃、Y₂S₃、La₂S₃、TiS₂、ZrS₂、HfS₂、ZnS、P₂S₅、As₂S₅、MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI中的一种或多种与M₂S形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中M为Li、Na、K。

其中所述无机固体电解质是聚阴离子盐电解质，所述聚阴离子盐电解质为选自M_xAII_y(ZO₄)_z、M_xAIII_y(ZO₄)_z、M_xAIV_y(ZO₄)_z中的一种或多种的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中在M_xAII_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K、Rb、Cs，AII为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn，Z为P、Si、S，x+2y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10；在M_xAIII_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K，AIII为Sc、Y、La、B、Al、Ga、In，Z为P、Si、S，x+3y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10；在M_xAIV_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K，AIV为Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn，Z为P、Si、S，x+4y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10。

其中，所述的准固态碱金属电池正常工作的最低温度为-50℃，最高温度为450℃；输出电压最低为1.7V，最高电压为5.2V。

其中，所述准固态碱金属电池的单体电池结构为平板式、管式或卷绕式结构。

作为本发明的再一个方面，本发明还提供一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

将界面浸润添加剂混入电极层，制备出含有界面浸润添加剂的电极层；

将所述电极层与固体电解质组装成准固态电池。

作为本发明的再一个方面，本发明还提供一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

制备出固态的电极层，在电极层与电解质层中间加入界面浸润的添加剂组装成电池，将电池置于合适的温度，使界面浸润添加剂为液态，逐渐浸润电解质层与电极层，从而形成界面浸润的准固态电池；

作为本发明的再一个方面，本发明还提供一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

制备出固态的电极层；

在合适温度下将液态的界面浸润添加剂滴加或涂覆于电极层上，并放置合适时间实现充分的浸润；

将电极层与固体电解质组装成准固态电池。

通过上述技术方案可知，相对于现有商用锂离子电池，本发明的界面浸润的准固态碱金属电池具有高的安全特性，能够在宽的温度范围内工作，具有更高的输出电压。相对于无机固体电解质的电池及聚合物电解质全固态电池，本发明的界面浸润的准固态碱金属电池具有低的电池内阻，电极层中活性物质的含量可以较高，从而具有高的能量密度，能够阻止正负极化学物质的扩散，并能够协调电极材料充放电过程中的体积变化，具有高的循环寿命。

本发明的界面浸润的准固态碱金属电池，可以应用于各种数码产品、无线设备、电动工具、医疗器械、大型储能电站、分布式储能电站、能量捕获装置、通讯基站、石油钻井、空间探测及国防安全相关的设备机械中，以及其他各种需要用到电源的装置设备中。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

准固态电池，是指在全固态电池的电解质电极界面及电极层中加入界面浸润添加剂，在工作温度范围内界面浸润添加剂为液态或玻璃态能够浸润固态电极及电解质电极界面，这种具有界面浸润结构的固态电池称为准固态电池。其中界面浸润添加剂是一种或多种材料的组合，具有如下特点：在工作温度范围内为液态或玻璃态，能够浸润、粘附电极颗粒与电解质。在工作温度范围内界面浸润添加剂具有高的离子传导能力，具有宽的电压窗口，能够与电极材料电化学相容，不可燃，难挥发，并能够协调电极材料的膨胀收缩。

本发明的最重要的创新点，在于电极材料层中添加一定量的界面浸润添加剂。由于固体颗粒内部及固体颗粒之间离子传导性能较差，采用具有高离子传导特性的界面浸润添加剂将电极颗粒及固体电解质层表面浸润，并形成联通的离子传输的通道，则电极脱出、迁入的离子通过界画浸润添加剂的网络能够快速传递到电解质层，降低了电极层内部离子传输的电阻。相对于固体电极层与固体电解质的固固界面，高离子传导的界面浸润添加剂与固体电解质层形成的界面具有更快的离子交换能力，从而能够获得较低的界面电阻。界面浸润添加剂在宽的温度范围内具有化学及电化学稳定性，因此准全固态电池能够在宽的温度范围内、宽的电压窗口内工作。界面浸润添加剂在宽的温度范围内为液态、玻璃态或具有弹性的固态，因此能够协调电极材料的膨胀收缩，保持与电极颗粒良好的接触，并使电极结构不变形、不破裂，准固态电池从而能够获得优异的循环性能。在工作温度范围内界面浸润添加剂，不可燃，难挥发，从而保证准固态电池具有高的安全特性，以及循环性能。全固态电池为了提高电极层中离子传输性能，一般会加入大量的固体电解质材料，则电极层中活性物质含量会降低，因此全固态电池的能量密度相对液态电解质的锂离子电池会降低。而在电极层中少量的界面浸润添加剂就可满足电极层中高的离子传输，因此电极层中的活性物质相对含量可以较高，从而提高了电池的能量密度。

本发明的界面浸润的准固态碱金属电池，包括：正极集流体、负极集流体、正极层、负极层、电解质层、电极引线、密封壳体。电解质层为能够传导离子，并能隔离正极层物质与负极层物质的固体电解质。其中正极层与负极层包含电极活性物质、无机添加剂、聚合物添加剂、界面浸润添加剂。所述界面浸润添加剂是一种或多种材料的组合，具有如下特点：在工作温度范围内为液态或玻璃态，能够浸润、粘附电极颗粒与电解质。在工作温度范围内界面浸润添加剂具有高的离子传导能力，具有宽的电压窗口，能够与电极材料电化学相容，不可燃，难挥发，并能够协调电极材料的膨胀收缩。

更具体地，本发明的界面浸润的准固态碱金属电池，包括：正极集流体、负极集流体、正极层、负极层、电解质层、电极引线、密封壳体。其中，电解质层为固体电解质，能够将正极层物质与负极层物质隔离；正极层与负极层包含电极活性物质和界面浸润添加剂，还可能含有无机添加剂和/或有机添加剂；界画浸润添加剂是一种或多种材料的组合，其在工作温度范围内为液态，能够浸润电极活性物质和固体电解质。正负极界面浸润添加剂与固体电解质的组合使用使电池具有宽的工作电压窗口。其中，电极活性物质在电极层中质量分数为40％～99％(或体积分数为40％～99％)；界面浸润添加剂在电极层中的质量分数为1％～30％(或体积分数为1％～50％)；无机添加剂在电极层中的质量分数为0％～30％(或体积分数为0％～50％)；有机添加剂在电极层中的质量分数为0％～30％(或体积分数为0％～50％)。

正负极电极层中，包含界面浸润添加剂，这种界面浸润添加剂在工作温度范围内保持液态。负极界面浸润添加剂具有低的还原电位，能够实现与负极材料的电化学相容。正极界面浸润添加剂具有高的氧化电位，能够实现与正极材料的电化学相容。界面浸润添加剂包含：(一)碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液，(二)碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质，以及(三)离子液体电解质中的一种或多种。

其中，对于(一)碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液的界面浸润添加剂，其中碱金属盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)](M为Li、Na、K；X为F、Cl、Br、I；n、m≤4)中的一种或多种，溶剂为选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、腈类有机溶剂、氟代碳酸酯类有机溶剂、氟代醚类有机溶剂、氟代腈类有机溶剂中的一种或多种，其中碳酸酯类有机溶剂为环状和/或链状碳酸酯类有机溶剂。环状碳酸酯类有机溶剂优选为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯，碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种。其中链状碳酸酯类化合物优选为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯以及碳原子数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或多种。其中醚类有机溶剂优选为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、二乙氧基乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种。其中腈类有机溶剂优选为选自乙腈、戊腈、3-甲氧基丙腈或是氰类衍生物中的一种或多种。电解液可以添加阻燃剂(质量分数为0～40％)，阻燃剂为选自磷酸三甲脂TP、三乙基磷酸酯TEP、氟化磷酸烷基脂、三氟代乙基亚磷酸盐TTFP、氟化碳酸丙烯脂TFPC、乙烯基酯MFE中的一种或多种。

其中，对于(二)碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质的界面浸润添加剂，其中碱金属盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)](M为Li、Na、K；X为F、Cl、Br、I；n、m≤4)中的一种或多种。与碱金属盐复合的化合物可能为，M_xA_y或其衍生物(其中M＝Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si；A为O、F、Cl、Br、I、S；x＝0～4；y＝0～4)或者聚阴离子化合物A_xZ_yX_z(其中A为Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si；Z为F、Cl、Br、I、S、As、B、Si、N、Se、Te、Ge、Sn、Al、C；X为O、S、N、H；x＝0～4；y＝0～4；z＝0～4)中的一种或多种。

其中，对于(三)离子液体电解质的界面浸润添加剂，离子液体电解液由阴阳离子构成，其中阳离子选自以下几种物质中的至少一种：Li⁺、Na⁺、K⁺、1，3-二甲基咪唑阳离子[MMIm]⁺、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[EMIm]⁺、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子[PMIm]⁺、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子[BMIm]⁺、1-戊基-3-甲基咪唑阳离子[C₅MIm]⁺、1-己基-3-甲基咪唑阳离子[HMIm]⁺、1-庚基-3-甲基咪唑阳离子[C₇MIm]⁺、1-辛基-3-甲基咪唑阳离子[OMIm]⁺、1-癸基-3-甲基咪唑唑阳离子[DMIm]⁺、1-十二烷基-3-甲基阳离子[C₁₂MIm]⁺、1-乙基-2，3-二甲基咪唑阳离子[EMMIm]⁺、N-乙基吡啶阳离子[Epy]⁺、十二烷基三甲基铵阳离子[N12，1，1，1]⁺、N-丁基-N-甲基吡咯烷阳离子[P₁₄]⁺、N-丁基-N-甲基哌啶阳离子[PP1，4]⁺、三丁基甲基膦阳离子[P1，4，4，4]⁺、1-胺丙基-3-甲基咪唑阳离子[APMIm]⁺、1-磺酸丙基-3-甲基咪唑阳离子[PrSO₃HMIm]⁺、三甲基羟乙基铵阳离子[HOEtN1，1，1]⁺、1-腈丙基-3-甲基咪唑阳离子[CPMIm]⁺、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子[AMIm]⁺、1-乙基甲基醚-3-甲基咪唑阳离子[EOMIm]⁺、1-苄基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[B_zMIm]⁺、1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑阳离子[AOMIm]⁺、1-羧甲基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[HOOCMIm]⁺。与阳离子络合的阴离子选自下述离子中的至少一种：TFSI^-、FSI^-、FNFSI^-、BOB^-、BO₃ ^3-、BO₂ ^-、AlO₂ ^-、CO₃ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₄ ^4-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-、AsO₄ ^4-、SO₄ ^2-、SeO₄ ^2-、ClO₄ ^-、BrO₄ ^-、IO₄ ^-、BF₄ ^-、AlF₄ ^-、PF₆ ^-、AsF₆ ^-、[CF₃SO₃]^-、[N(CF₃SO₃)₂]^-、[C(CF₃SO₃)₃]^-、[N(C₂F₅SO₂)₂]^-、[B(C₂O₄)₂]^-、X^-、[C₂H₅O₂]^-、[C₂O₄]^2-、[HCOO]^-、[C₆H₅O₂]^-、[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]^-(X为F、Cl、Br、I：n、m≤4)。

电解质层，为能够传导离子，并在空间上隔离正极层物质与负极层物的固体电解质，可以是聚合物电解质、无机材料电解质、聚合物与无机材料形成的复合电解质中的一种或多种。

聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚环氧丙烷PPO，聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种。锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)](M为Li、Na、K；X为F、Cl、Br、I；n、m≤4)中的一种或多种。

无机固体电解质的组成包含选自氧化物电解质、磷酸盐电解质、硫化物电解质中的一种或多种。其中，氧化物电解质的特征是Li₂O或Na₂O与MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI(M为Li、Na、K)中的一种或多种形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物。硫化物电解质的特征是MgS、CaS、SrS、BaS、B₂S₃、Al₂S₃、Ga₂S₃、In₂S₃、SiS₂、GeS₂、SnS₂、CeS₂、Nb₂S₅、Sc₂S₃、Y₂S₃、La₂S₃、TiS₂、ZrS₂、HfS₂、ZnS、P₂S₅、As₂S₅、MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI(M为Li、Na、K)中的一种或多种与M₂S(M为Li、Na、K)形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物。聚阴离子盐电解质的特征是M_xAII_y(ZO₄)_z(M为Li、Na、K、Rb、Cs；AII为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn；Z为P、Si、S；x+2y＝3z，并且0＜x、y、z＜10)、M_xAIII_y(ZO₄)_z(M为Li、Na、K；AIII为Sc、Y、La、B、Al、Ga、In；Z为P、Si、S；x+3y＝3z，并且0＜x、y、z＜10)、M_xAIV_y(ZO₄)_z(M为Li、Na、K；AIV为Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn；Z为P、Si、S；x+4y＝3z，并且0＜x、y、z＜10)中的一种或多种的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物。

本发明的界面浸润的准固态碱金属电池包含正极层，正极层包含正极活性物质。正极活性物质可以是选自I₂、S、O₂、CO₂、CO、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(PO₄)_g、M_2e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(SiO₄)_g、M_2e(Fe_2aCo_2bMn_2cNi_2d)_f(SO₄)_3g、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(BO₃)_g、M_3eV_2f(PO₄)_3g、M_eCo_fO_2g、Fe_fS_2g、Mn_fO_2g、M_e(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_aCo_bAl_c)_fO₂、M_2eMn_fO_3g-M_e(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_apMn_q)_fO_4g、(M为Li、Na、K；x+y+z＝1，并且0≤x、y、z≤1；a+b+c+d＝1，并且0≤a、b、c、d≤1；0.5≤e、f、g≤1.5；p+q＝2并且0≤p、q≤2.5)中的一种或多种。

本发明的界面浸润的准固态碱金属电池包含负极层，负极层包含负极活性物质。负极活性物质包括选自碳材料(石墨、硬碳、软碳及其衍生物)、碱金属单质、碱金属合金(MX、M＝Li、Na、K，X＝Sn、Si、Al、Ge、Sb、P、B、C)、金属间化合物(Mg_xA，或Z_ySb及其衍生物(其中A＝Sn，0＜x＜100，Z＝Cu、Mn，0＜y＜100)中的一种或多种。

正、负极层中包含有机添加剂。有机添加剂可以为有机物粘结剂和/或聚合物电解质。其中有机物粘结剂为选自聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、乙烯丙烯酸、乙烯醋酸乙烯酯、丁苯橡胶或其衍生物中的一种或多种。聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种，锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)](M为Li、Na、K；X为F、Cl、Br、I；n、m≤4)中的一种或多种。

正、负极层中包含无机添加剂。无机添加剂可以为选自碳材料、金属导电材料、无机导电材料中的一种或多种。其中，所述碳材料为选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯、天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、导电炭黑中的一种或多种。所述金属导电材料为选自金属钛粉、金属铜粉、金属镍粉、金属钛纤维、金属铜纤维、金属镍纤维、金属钛薄膜中的一种或多种。所述无机导电材料为选自TiN、TaN、MoSi₂中的一种或多种。

本发明的界面浸润的准固态碱金属电池例如可以通过以下方案来制备：

(1)将界面浸润添加剂混入电极层，制备出含有界面浸润添加剂的电极层，然后与固体电解质组装成准固态电池；

(2)制备出固态的电极层，在电极层与电解质层中间加入界面浸润的添加剂组装成电池，将电池置于合适的温度，使界面浸润添加剂为液态，逐渐浸润电解质层与电极层，从而形成界面浸润的准固态电池；

(3)首先制备出固态的电极层，然后在合适温度下将液态的界面浸润添加剂滴加或涂覆于电极层上，并放置合适时间实现充分的浸润，最后将电极层与固体电解质组装成准固态电池。

准固态碱金属电池的单体电池结构，可以为平板式、管式、卷绕式，从而满足不同应用情形的需求，并获得高的功率密度、能量密度、循环寿命及放置寿命。

下面通过具体实施例对本发明进行更详细地阐述，以便对本发明的各种实施形态和有益效果有更好的了解。

实施例1

本实施例提供了一种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C1，电池构成包括：正极层，电解质层，负极层。电池结构为三层叠片结构。正极层包括正极活性物质、正极无机添加剂、正极聚合物添加剂，正极界面浸润添加剂。正极活性物质为LiCoO₂，质量分数为85％。正极无机添加剂为导电炭黑，质量分数为5％。正极聚合物添加剂为PVDF，质量分数为5％。正极界面浸润添加剂为(氟磺酰)(全氟丁基磺酰)亚胺锂(Li[N(SO₂F)(SO₂C₄F₉)]，LiFNFSI)与(氟磺酰)(全氟丁基磺酰)亚胺钾(K[N(SO₂F)(SO₂C₄F₉)]，KFNFSI)的复合物LiFNFSI-KFNFSI(摩尔比1∶1，室温为固态)，质量分数为5％。负极层包括负极活性物质、负极无机添加剂、负极聚合物添加剂、负极界面浸润添加剂。负极活性物质为人造石墨，质量分数为85％。负极无机添加剂为乙炔黑(AB)，质量分数为5％。负极聚合物添加剂为PVDF，质量分数为5％。负极界面浸润添加剂为LiFNFSI-KFNFSI(摩尔比1∶1，室温为固体)，质量分数为5％。电解质层为Li₇La₃Zr₂O₁₂陶瓷电解质。

其中，LiFNFSI-KFNFSI复合物的制备工艺为：

KFNFSI的制备采用HFNFSI与碳酸钾反应得到，500mL的单口瓶中称取190.5g(0.5mol)HFNFSI，在冰浴下加入250mL乙腈，得到淡黄色的澄清溶液。磁力搅拌下，分批加入69g(0.5mol)粉末状的无水碳酸钾(K₂CO₃)，反应1小时后撤掉冰浴，室温下继续搅拌，直到反应体系呈中性为止。静置过夜，减压抽滤除掉未反应完的K₂CO₃，将滤液旋蒸浓缩，得到淡黄色的粘稠液体，滴加适量的二氯甲烷(CH₂Cl₂)后有白色固体沉淀。粗产品用乙醇/甲苯重结晶后得到178g白色固体产物，产率85％。

LiFNFSI的制备采用KFNFSI与LiClO₄反应得到，方法为在手套箱中，在100mL锥形瓶中称取8.38g(20mmol)，加入15mL无水乙腈，搅拌溶解后，室温缓慢滴入15mLLiClO₄/乙腈溶液(含有1.13gLiClO₄)室温下搅拌反应8小时，静置过夜。减压滤去KClO₄不溶物，将滤液浓缩后加入适量的甲苯，然后减压除去溶剂，反复操作几次后得到7.67g白色固体粉末，产率99％。

将LiFNFSI与KFNFSI以摩尔比1∶1进行复合，得到室温为固态的白色粉末。

正极层电极片制备方法：采用聚吡咯烷酮(NMP)做溶剂，将如上所示配比的正极活性物质LiCoO₂、无机添加剂、聚合物添加剂、界面浸润添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干得到正极层电极片。

负极层电极片制备方法：采用NMP做溶剂，将如上所示配比的负极活性物质人造石墨、无机添加剂、聚合物添加剂、界面浸润添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干得到负极层电极片。

电解质片制备方法：称取0.3675mol碳酸锂(Li₂CO₃，过量5％)、0.15mol氧化镧(La₂O₃)、0.2mol氧化锆(ZrO₂)以及适量乙醇加入到球磨机中，球磨6小时并烘干。将该粉末状材料置于马弗炉中，在800℃焙烧6小时，冷却至室温后，将粉末加入适量乙醇再次球磨6小时烘干，在1000℃再次焙烧12小时，即得到Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体。将Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体与适量水及PVA混合，在高速搅拌机内搅拌2小时形成均匀浆料。采用流延成型机，控制刮刀高度为300μm将浆料流延，流延浆料0.2℃/min升温至150℃保温4小时，得到干膜，然后将干膜放置于马弗炉中采用0.2℃/min升温至400℃保持4小时，后采用2℃/min升温至1000℃保温2小时，然后自然冷却降至室温，裁切，最终得到厚度为150μm、面积为15cm×40cm的Li₇La₃Zr₂O₁₂电解质片。

电池制备工艺：首先分别如上所示制备正极层电极片、负极层电极片和电解质片。然后将三层叠放，并从正负极引出集流体，采用铝塑膜进行包装密封。

本实施例得到的全电池C1，能够正常工作的温度范围为70～250℃，电池单体电芯容量为1Ah。充放电电压范围为3.7～4.5V。

实施例2

本实施例提供了一种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C2。与实施例1不同的是采用了不同的正极界面浸润添加剂与负极界面添加剂，并且正极层电极片与负极层电极片的制备工艺也不同。采用的正极界面浸润添加剂为LiPF₆-PC-EC-TTFP溶液(其中LiPF₆浓度为1mol/L，TTFP的含量为5wt％，室温为液态)，采用的负极界面浸润添加剂为LiPF₆-PC-EC-TTFP溶液(其中LiPF₆浓度为1mol/L，TTFP的含量为5wt％，室温为液态)。

正极层电极片的制备工艺：采用NMP做溶剂，将如上所示配比的正极活性物质、无机添加剂、聚合物添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干。然后将界面浸润的添加剂滴加进入正极层电极片上，放置2～10分钟使界面浸润添加剂进入极片孔隙，并浸润电极颗粒，得到正极层电极片。

负极层电极片的制备工艺：采用NMP做溶剂，将如上所示配比的负极活性物质、无机添加剂、聚合物添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干。然后将界面浸润的添加剂滴加进入负极层电极片上，放置2～10分钟使界面浸润添加剂进入极片孔隙，并浸润电极颗粒，得到负极层电极片。

本实施例得到的全电池C2，能够正常工作的温度范围为-40～70℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为3.7～4.5V。

实施例3

本实施例提供了一种可以在宽温度范围宽电压窗口界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C3。与实施例1不同的是电解质层采用聚合物固体电解质，聚合物固体电解质的组成为LiClO₄-PEO(其中PEO与LiClO₄的摩尔比为10∶1)。

聚合物电解质的制备工艺：称量1molPEO与0.1molLiClO₄溶解于50mlNMP溶液，搅拌2小时至其充分溶解后，将溶液倒入10cm×10cm、深度为1mm的矩形PVDF槽内，在50℃真空烘箱中放置48小时，烘干得到聚合物固体电解质膜。

本实施例得到的全电池C3，能够正常工作的温度范围为65～85℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为3～4V。

实施例4～29

提供了多种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号记为C4～C29。各个电池的正极层、负极层及电解质层的构成如表1所示。其中采用室温为固态的界面浸润添加剂的电极层，其制备工艺与实施例1相同。采用室温为液态的界画浸润添加剂的电极层，其制备工艺与实施例2相同。无机电解质层的制备工艺与实施例1相同。聚合物固体电解质层的制备工艺与实施例3相同，电池的制备工艺与实施例1相同。电池的工作温度范围、容量、充放电电压范围如表2所示。

表2实施例4～29的电池的工作温度范围、容量、充放电电压范围列表

实施例30

本实施例提供了一种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C30。电池正极层、电解质层、电池结构及其制备工艺与实施例1基本相同，其不同之处的是负极层的组成结构及制备工艺，负极层采用金属锂，其中不包含界面浸润添加剂、聚合物添加剂以及无机添加剂。

负极层制备工艺为：将金属锂通过热蒸发，蒸镀到铜箔上，锂层厚度为200μm，得到负极层电极片。

本实施例得到的电池C30，能够正常工作的温度范围为70～170℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为3.7～4.5V。

实施例31～38

实施例31～38提供了多种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C31～C38，其正极层，电解质层及制备工艺与实施例4基本相同，其不同之处在于负极层中包含的单一的负极活性物质不同。负极活性物质分别为：C31中用Li-B合金，C32中用Li-Al合金，C33中用Si，C34中用Si-Cu合金，C35中用Sn-Co合金，C36中用Li₄Ti₅O₁₂，C37中用TiO₂，C38中用C。

其得到的电池的性能如表3所示。

表3.实施例31～38的电池性能表

实施例39

实施例39提供了一种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C39。其负极层，电解质层及制备工艺与实施例4基本相同，其不同之处在于正极层中包含的正极活性物质不同。电池C39正极活性物质为S。正极层中其他组分，及各组分含量与实施例4相同。

本实施例得到的电池C39，能够正常工作的温度范围为70～170℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为2～3V。

实施例40

实施例40提供了一种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C40。其负极层，电解质层及制备工艺与实施例4基本相同，其不同之处在于正极层中包含的正极活性物质不同。电池C22正极活性物质为I₂。正极层中其他组分，及各组分含量与实施例4相同。

本实施例得到的电池C4，能够正常工作的温度范围为70～170℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为2～3V。

实施例41

本实施例提供了一种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C41。电池正极反应的活性物质为氧气O₂，正极层电极片为多孔结构，使氧气在其中可以参与电化学反应。正极层组成包含电极活性物质载体科琴碳(KB)，质量分数为80％。聚合物添加剂聚四氟乙烯(PTFE)，质量分数为10％。界面浸润添加剂LiFNFSI-KFNFSI(摩尔比1∶1，室温为固态)，质量分数为10％。正极层电极片制备工艺与实施例1相同。负极层电极片与实施例4中的负极层相同。

电池制备工艺：首先剪裁正极层电极片与负极层电极片，使得正极层电极片面积与负极层电极片面积略小于电解质片面积，将三层叠加，并引出集流体导线，采用铝塑膜分别覆盖正极层与负极层，然后采用高温密封胶，将铝塑膜边缘粘接于电解质陶瓷片上。使正负极层为两个相互隔离的独立的腔室。在正极铝塑膜上均匀打出直径3mm的洞，洞的间隔为1.2cm。最终得到在氧气环境中工作的单体电池。

本实施例得到的电池C41，需放置在充满氧气的容器中工作，其能够正常工作的温度范围为70～170℃，电池单体电芯容量为1Ah。充放电电压范围为2.5～4.5V。

实施例42～45

本实施例提供了多种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，编号记为C42～C45，电池结构及制备方法、电池工作温度范围、单体电芯容量及充放电电压范围与实施例41基本相同，不同之处在于正极反应物质不同。各电池的正极反应物质分别为：C42中使用CO₂，C43中使用CO，C44中使用CO₂与O₂的混合气，C45中使用SO₂。

其得到的电池的性能如表4所示。

表4实施例42～45的电池的性能表

实施例46

本实施例提供了一种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C46。其电池组成、电池工作温度范围、单体电池容量、充放电电压范围与电池C3基本相同，其不同之处在于单体电池结构为卷绕结构，即将正极片、负极片、电解质层，三层卷绕得到单体电池。本实施例得到的全电池C3，能够正常工作的温度范围为65～85℃，电池单体电芯容量为3Ah，充放电电压范围为3～4V。

实施例47

本实施例提供了一种宽温度范围、界面浸润的准固态锂电池，电池编号为C47。其电池组成、电池工作温度范围、单体电池容量、充放电电压范围与电池C1基本相同，其不同之处在于单体电池结构为管状结构，首先制备得到管状固体电解质，正极层填充于管内，负极层涂覆于管外壁，采用不锈钢壳体密封得到单体电池。本实施例得到的全电池C47，能够正常工作的温度范围为70～250℃，电池单体电芯容量为10Ah。充放电电压范围为3.7～4.5V。

实施例48

本实施例提供了一种可以在宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准同态钠电池，电池编号为C48，电池构成包括：正极层电极片、电解质层、负极层电极片。电池结构为三层叠片结构。正极层包括正极活性物质、正极无机添加剂、正极聚合物添加剂，正极界面浸润添加剂。正极活性物质为NaCoO₂，质量分数为70％。正极无机添加剂为导电炭黑，质量分数为5％。正极聚合物添加剂为PVDF，质量分数为5％。正极界面浸润添加剂为KFNFSI-NaFNFSI，质量分数为20％。负极层包括负极活性物质、负极无机添加剂、负极聚合物添加剂、负极界面浸润添加剂。负极活性物质为人造石墨，质量分数为70％。负极无机添加剂为导电炭黑，质量分数为5％。负极聚合物添加剂为PVDF，质量分数为5％。负极界面浸润添加剂为NaFNFSI，质量分数为20％。电解质层为Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷电解质。

正极层电极片制备方法：采用NMP做溶剂，将如上所示配比的正极活性物质NaCoO₂、无机添加剂、聚合物添加剂、界面浸润添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干得到正极层电极片。

负极层电极片制备方法：采用NMP做溶剂，将如上所示配比的负极活性物质人造石墨、无机添加剂、聚合物添加剂、界面浸润添加剂混合为均匀浆料，均匀涂覆于铝箔上，烘干得到负极层电极片。

电池制备方法：首先分别制备正极层电极片、负极层电极片和电解质层。然后将三层叠放，并从正、负极层引出集流体，采用铝塑膜进行包装密封。

本实施例得到的全电池C48，能够正常工作的温度范围为80～250℃，电池单体电芯容量为1Ah，充放电电压范围为2～3.8V。

实施例49

本实施例提供了一种宽温度范围、宽电压窗口、界面浸润的准固态钠电池，编号记为C49，电池包括正极层电极片、电解质层和负极层电极片。电池正极反应物质为O₂，电池正极活性物质为KB，质量分数为70％。正极界面浸润添加剂为NaFSI-KFSI，质量分数为20％。正极无机添加剂为导电炭黑，质量分数为2％。正极聚合物添加剂为PVDF，质量分数为8％。负极层电极片采用金属Na片。固体电解质层采用Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷电解质。电池结构为层状叠片结构。电池C49工作温度范围为55～200℃，电池单体电芯可逆容量为5Ah，充放电电压范围为1.8～3V。

通过上述实施例可知，本发明的界面浸润的准固态电池与现有商业锂离子电池、无机全固态电池及聚合物全固态电池的区别在于：

相对于现有商用锂离子电池，本发明的界面浸润准固态电池具有高的安全特性，能够在宽的温度范围内工作，具有更高的输出电压，具有低的电池内阻。并且，通过实施例46、47可知，本发明的界面浸润准固态电池同样适用于不同的电池结构和制备方法的电池，例如卷绕结构或者管状的电池；通过实施例48、49可知，本专利的界面浸润准固态电池不仅适用于锂电池，同样也适用于钠电池和钾电池，例如钠离子电池及钠空气电池。

相对于无机固体电解质的电池及聚合物电解质全固态电池，本发明的界面浸润的准固态电池电极层中活性物质的含量可以较高，因此界面浸润的准固态电池具有高的能量密度，能够阻止正负极化学物质的扩散，并能够协调电极材料充放电过程中的体积变化，从而具有高的循环寿命。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (28)

1.一种界面浸润的准固态碱金属电池的电极，所述电极为正极层和/或负极层电极，包含有电极活性物质和界面浸润添加剂，所述界面浸润添加剂在工作温度范围内为液态，能够浸润所述电极活性物质。

2.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中如果含量不为0，则所述电极中含有无极添加剂和/或有机添加剂；以及

所述电极活性物质在所述正极层和/或负极层中的质量分数为40％～99％，所述界面浸润添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为1％～30％，所述无机添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为0％～30％，所述有机添加剂在所述正极层和/或负极层中的质量分数为0％～30％；或者，所述电极活性物质在所述正极层和/或负极层中的体积分数为40％～99％，所述界面浸润添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为1％～50％，所述无机添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为0％～50％，所述有机添加剂在所述正极层和/或负极层中的体积分数为0％～50％。

3.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述界面浸润添加剂包含选自碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液、碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质，以及离子液体电解质中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述界面浸润添加剂为至少包含碱金属盐溶于溶剂中形成的电解液的界面浸润添加剂，其中所述碱金属盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4；所述溶剂为选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、腈类有机溶剂、氟代碳酸酯类有机溶剂、氟代醚类有机溶剂、氟代腈类有机溶剂中的一种或多种。

5.如权利要求4所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述碳酸酯类有机溶剂为环状和/或链状碳酸酯类有机溶剂。

6.如权利要求5所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述环状碳酸酯类有机溶剂为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或几种；所述链状碳酸酯类化合物为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯以及碳原子数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或多种。

7.如权利要求4所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述醚类有机溶剂为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、二乙氧基乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种。

8.如权利要求4所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述腈类有机溶剂为选自乙腈、戊腈、3-甲氧基丙腈或是氰类衍生物中的一种或多种。

9.如权利要求4所述的准固态碱金属电池的电极，电解液可以添加质量分数为0～40％的阻燃剂，所述阻燃剂为选自磷酸三甲脂TP、三乙基磷酸酯TEP、氟化磷酸烷基脂、三氟代乙基亚磷酸盐TTFP、氟化碳酸丙烯脂TFPC、乙烯基酯MFE中的一种或多种。

10.如权利要求3所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述界面浸润添加剂为至少包含碱金属盐单独或与其他化合物复合形成的熔融盐电解质的界面浸润添加剂，其中所述碱金属盐为M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4；与所述碱金属盐复合的化合物为选自M_xA_y或其衍生物或聚阴离子化合物A_xZ_yX_z中的一种或多种，其中在M_xA_y中，M为Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si，A为O、F、Cl、Br、I、S，x＝0～4，y＝0～4；以及在A_xZ_yX_z中，A为Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Y、La、Zr、Ga、Ge、Al、B、N、P、Si，Z为F、Cl、Br、I、S、As、B、Si、N、Se、Te、Ge、Sn、Al、C，X为O、S、N、H，x＝0～4，y＝0～4，z＝0～4。

11.如权利要求3所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述界面浸润添加剂至少包含离子液体电解质的界面浸润添加剂，所述离子液体电解液由阴阳离子构成，其中所述阳离子选自以下几种离子中的至少一种：Li⁺、Na⁺、K⁺、1，3-二甲基咪唑阳离子[MMIm]⁺、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[EMIm]⁺、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子[PMIm]⁺、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子[BMIm]⁺、1-戊基-3-甲基咪唑阳离子[C₅MIm]⁺、1-己基-3-甲基咪唑阳离子[HMIm]⁺、1-庚基-3-甲基咪唑阳离子[C₇MIm]⁺、1-辛基-3-甲基咪唑阳离子[OMIm]⁺、1-癸基-3-甲基咪唑唑阳离子[DMIm]⁺、1-十二烷基-3-甲基阳离子[C₁₂MIm]⁺、1-乙基-2，3-二甲基咪唑阳离子[EMMIm]⁺、N-乙基吡啶阳离子[Epy]⁺、十二烷基三甲基铵阳离子[N12，1，1，1]⁺、N-丁基-N-甲基吡咯烷阳离子[P₁₄]⁺、N-丁基-N-甲基哌啶阳离子[PP1，4]⁺、三丁基甲基膦阳离子[P1，4，4，4]⁺、1-胺丙基-3-甲基咪唑阳离子[APMIm]⁺、1-磺酸丙基-3-甲基咪唑阳离子[PrSO₃HMIm]⁺、三甲基羟乙基铵阳离子[HOEtN1，1，1]⁺、1-腈丙基-3-甲基咪唑阳离子[CPMIm]⁺、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子[AMIm]⁺、1-乙基甲基醚-3-甲基咪唑阳离子[EOMI_m]⁺、1-苄基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[BzMIm]⁺、1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑阳离子[AOMIm]⁺、1-羧甲基-3-甲基咪唑咪唑阳离子[HOOCMIm]⁺；与所述阳离子络合的所述阴离子选自以下几种离子中的至少一种：TFSI^-、FSI^-、FNFSI^-、BOB^-、BO₃ ^3-、BO₂ ^-、AlO₂ ^-、CO₃ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₄ ^4-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-、AsO₄ ^4-、SO₄ ^2-、SeO₄ ^2-、ClO₄ ^-、BrO₄ ^-、IO₄ ^-、BF₄ ^-、AlF₄ ^-、PF₆ ^-、AsF₆ ^-、[CF₃SO₃]^-、[N(CF₃SO₃)₂]^-、[C(CF₃SO₃)₃]^-、[N(C₂F₅SO₂)₂]^-、[B(C₂O₄)₂]^-、X^-、[C₂H₅O₂]^-、[C₂O₄]^2-、[HCOO]^-、[C₆H₅O₂]^-、[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]^-，其中X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

12.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述正极层包含正极活性物质，所述正极活性物质为选自I₂、S、O₂、CO₂、CO、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(PO₄)_g、M_2e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(SiO₄)_g、M_2e(Fe_2aCo_2bMn_2cNi_2d)_f(SO₄)_3g、M_e(Fe_aCo_bMn_cNi_d)_f(BO₃)_g、M_3eV_2f(PO₄)_3g、M_eCo_fO_2g、Fe_fS_2g、Mn_fO_2g、M_e(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_aCo_bAl_c)_fO₂、M_2eMn_fO_3g-Me(Ni_xCo_yMn_z)_fO_2g、M_e(Ni_apMn_q)_fO_4g中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，x+y+z＝1，且0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，a+b+c+d＝1，且0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，0.5≤e≤1.5，0.5≤f≤1.5，0.5≤g≤1.5，p+q＝2且0≤p≤2.5，0≤q≤2.5。

13.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述负极层包含负极活性物质，所述负极活性物质包括碳材料、碱金属单质、碱金属MX合金、金属间化合物中的一种或多种，其中所述碳材料包括石墨、硬碳、软碳及其衍生物，所述碱金属MX合金中M为Li、Na、K，X为Sn、Si、Al、Ge、Sb、B，所述金属间化合物为Mg_xA或Z_ySb及其衍生物，其中A＝Sn，0＜x＜100，Z＝Cu、Mn，0＜y＜100。

14.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述正极层和/或负极层中包含有机添加剂，所述有机添加剂为有机物粘结剂和/或聚合物电解质，其中所述有机物粘结剂为选自聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、乙烯丙烯酸、乙烯醋酸乙烯酯、丁苯橡胶或其衍生物中的一种或多种；以及

所述聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中所述聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种，所述锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

15.如权利要求1所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述正极层和/或负极层中包含无机添加剂，所述无机添加剂为选自碳材料、金属导电材料、无机导电材料中的一种或多种。

16.如权利要求15所述的准固态碱金属电池的电极，其中所述碳材料为选自碳纳米、碳纤维、石墨烯、天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、导电炭黑中的一种或多种，所述金属导电材料为选自金属钛粉、金属铜粉、金属镍粉、金属钛纤维、金属铜纤维、金属镍纤维、金属钛薄膜中的一种或多种，所述无机导电材料为选自TiN、TaN、MoSi₂中的一种或多种。

17.一种界面浸润的准固态碱金属电池，包括如权利要求1至16任一所述的准固态碱金属电池的电极和电解质层，其中所述电解质层为固体电解质。

18.如权利要求17所述的准固态碱金属电池，其中所述固体电解质为选自聚合物电解质、无机材料电解质、聚合物与无机材料形成的复合电解质中的一种或多种。

19.如权利要求17所述的准固态碱金属电池，其中所述固体电解质包含有聚合物电解质，所述聚合物电解质由聚合物与锂盐构成，其中所述聚合物为选自聚环氧乙烷PEO、聚环氧丙烷PPO，聚氯乙烯PVC、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚醋酸乙烯酯PVAc、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVdF、聚丙烯亚胺PPI、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸乙酯PEMA、聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚环氧乙烷甲基醚甲基丙烯酸酯PEOMA、聚乙烯乙二醇PEG、聚二丙烯酸酯PEDA、聚乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯PDE、聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯PME、聚乙烯乙二醇单甲醚PEGM、聚乙烯乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯PEGMA、聚-2-甲基丙烯酸乙氧基乙酯PEOEMA、聚乙烯乙二醇二甲醚PEGDME、聚-2-乙烯基吡啶P2VP、聚醚酰亚胺PEI中的一种或多种；所述锂盐为选自M₃BO₃、MBO₂、MAlO₂、M₂CO₃、M₂SiO₄、M₄SiO₄、MNO₃、M₃PO₄、M₃AsO₄、M₂SO₄、M₂SeO₄、MClO₄、MBrO₄、MIO₄、MBF₄、MAlF₄、MPF₆、MAsF₆、MCF₃SO₃、MN(CF₃SO₃)₂、MC(CF₃SO₃)₃、MN(C₂F₅SO₂)₂、MB(C₂O₄)₂、MX、C₂H₅O₂M、M₂C₂O₄、HCOOM、C₆H₅O₂M、M[(C_nF_2n+1)(SO₂)N(SO₂)(C_mF_m+1)]中的一种或多种，其中M为Li、Na、K，X为F、Cl、Br、I，n≤4，m≤4。

20.如权利要求17所述的准固态碱金属电池，其中所述固体电解质包含有无机固体电解质，所述无机固体电解质包含有氧化物电解质、磷酸盐电解质、硫化物电解质中的一种或多种。

21.如权利要求20所述的准固态碱金属电池，其中所述无机固体电解质为氧化物电解质，所述氧化物电解质是由Li₂O或Na₂O与MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI中的一种或多种形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中M为Li、Na、K。

22.如权利要求20所述的准固态碱金属电池，其中所述无机固体电解质是硫化物电解质，所述硫化物电解质是由MgS、CaS、SrS、BaS、B₂S₃、Al₂S₃、Ga₂S₃、In₂S₃、SiS₂、GeS₂、SnS₂、CeS₂、Nb₂S₅、Sc₂S₃、Y₂S₃、La₂S₃、TiS₂、ZrS₂、HfS₂、ZnS、P₂S₅、As₂S₅、MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、SiO₂、GeO₂、SnO₂、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZnO、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、CuO、M₃N、MF、MCl、MBr、MI中的一种或多种与M₂S形成的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中M为Li、Na、K。

23.如权利要求20所述的准固态碱金属电池，其中所述无机固体电解质是聚阴离子盐电解质，所述聚阴离子盐电解质为选自M_xAII_y(ZO₄)_z、M_xAIII_y(ZO₄)_z、M_xAIV_y(ZO₄)_z中的一种或多种的固溶体、复合物、非晶、非晶与晶态的复合物，其中在M_xAII_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K、Rb、Cs，AII为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn，Z为P、Si、S，x+2y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10；在M_xAIII_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K，AIII为Sc、Y、La、B、Al、Ga、In，Z为P、Si、S，x+3y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10；在M_xAIV_y(ZO₄)_z中，M为Li、Na、K，AIV为Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn，Z为P、Si、S，x+4y＝3z，且0＜x＜10，0＜y＜10，0＜z＜10。

24.如权利要求17所述的准固态碱金属电池，其中所述的准固态碱金属电池正常工作的最低温度为-50℃，最高温度为450℃；输出电压最低为1.7V，最高电压为5.2V。

25.如权利要求17所述的准固态碱金属电池，其中所述准固态碱金属电池的单体电池结构为平板式、管式或卷绕式结构。

26.一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

将界面浸润添加剂混入电极层，制备出含有界面浸润添加剂的电极层；

将所述电极层与固体电解质组装成准固态电池。

27.一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

制备出固态的电极层，在电极层与电解质层中间加入界面浸润的添加剂组装成电池，将电池置于合适的温度，使界面浸润添加剂为液态，逐渐浸润电解质层与电极层，从而形成界面浸润的准固态电池。

28.一种界面浸润的准固态碱金属电池的制备方法，包括下列步骤：

制备出固态的电极层；

在合适温度下将液态的界面浸润添加剂滴加或涂覆于电极层上，并放置合适时间实现充分的浸润；

将电极层与固体电解质组装成准固态电池。