CN108886138A - 具有与有机液体电解质相接合的无枝状晶负极的碱金属电池组 - Google Patents

具有与有机液体电解质相接合的无枝状晶负极的碱金属电池组 Download PDF

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Abstract

可再充电电池组电池具有与无枝状晶碱金属负极接触的有机‑液体电解质。碱金属负极在操作温度下可以是液体，其通过吸收至多孔膜中而被固定。碱金属负极可以是润湿多孔膜分隔件的固体，其中固体碱金属负极和液体电解质之间的接触在多孔膜分隔件中的微孔或纳米孔处。在具有多孔纤维素基分隔件膜的对称电池中，对无枝状晶的固体锂电池的使用进行了说明。通过使用具有或玻璃‑纤维分隔件的有机‑液体电解质，对具有被固定在多孔碳膜中的液体K‑Na合金负极的K+离子可再充电电池进行了说明。

Description

具有与有机液体电解质相接合的无枝状晶负极的碱金属电 池组
政府迕可声明
本发明是在能源部授予的授权号DE-SC0005397和授权号DE-AR0000297的条件下由政府支持而完成的。政府拥有本发明的某些权利。
优先权要求
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2016年3月18日提交的标题为“ALKALI-METALBATTERIES WITH A DENDRITE-FREE ANODE INTERFACING AN ORGANIC LIQUIDELECTROLYTE”，序列号为62/310,157的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开大致涉及电化学能量存储，并且更具体地，涉及具有与有机液体电解质相接合(interfacing)的无枝状晶(dendrite-free)负极的碱金属电池组(battery)。
背景技术
可再充电(二次)锂离子电池组被广泛用于诸如手机和便携式计算机的消费电子设备中，这部分归因于它们的高能量密度。可再充电锂离子电池组也可用于功率密集型应用设备中，例如电动车辆和动力工具。可再充电锂离子电池组的其他用途，例如用在能量网格存储(energy grid storage)中，是可能的。
尽管具有其他碱金属离子(例如钠和钾)的可再充电电池组不太普及，但它们可用于许多与锂离子电池组相同的应用设备中。
可再充电电池组将电能作为化学能存储在两个电极中，负极和正极中，该两个电极通过电解质在电池内部彼此隔开，而如果电解质是液体，则通过分隔件(separator)彼此隔开。该分隔件在与电极接触时可以是化学惰性的，并且分隔件对液体电解质是可渗透的。在两个电极之间发生的化学反应具有两个成分，离子成分和电子成分。电解质为离子导体，但为电子绝缘体。因此，化学反应的离子成分在电池组内部作为离子电流在电解质中流动，而电子成分在电池组外部作为电子电流在外部电路中流动。可通过断开电子电路来停止电子电流，并且可通过由正极上的正电荷和负极上的负电荷所产生的内部电场在开路处停止离子电流。
当电池组放电时，带正电的离子在电池组内部流动，而带负电的电子在电池组外部从负极流动至正极，在正极处进行再结合以完成电极之间的化学反应。在放电时，电池组以电压V向外部电子电路输送电流I达时间Δt，直到电极之间的化学反应完成为止；因此，电池组将电极所存储的化学能转换成电功率P＝IV。当可再充电电池组电池(cell)充电时，外部电源以充电电压来提供充电电流，该充电电压逆转离子和电子电流流动，并因此逆转化学反应以将施加的电功率存储为化学能。
在充电时，来自液体电解质作为负极的碱金属的电镀(plating)是不光滑的；枝状晶从碱金属表面形成并生长。该枝状晶可生长穿过电解质而达到正极，并可产生内部电子短路，该内部电子短路会加热电池组电池，并且和可燃电解质一起可能会产生火灾。因此，在现今的锂离子电池组电池中，负极通常为碳，其以电压(接近由金属锂所产生的电压)来存储Li+离子。然而，如果充电速率太高，则充电电压可能变得足够高以在碳上电镀金属锂，并且可能导致枝状晶的形成。
即使负极以低于碳的电压来存储Li+离子，但由于负极可能会与电解质发生化学反应，可能会出现其它的负极问题，除非形成了固体-电解质中间相(SEI)层以阻止负极-电解质反应。负极上的钝化SEI层对Li+离子是可渗透的，并且SEI的Li+在初始充电时从正极被取走，这降低了所存储的电能的量。
为了安全地增加充电速率，在负极中存储Li+离子的其他已知方法可包括使用除碳、合金和转化反应之外的其他嵌入主体。然而，就所存储的能量的密度而言，这种在负极中存储Li+的方法仍然差强人意。
因此，由于潜在的枝状晶形成，以及其他不希望的影响，现今的可再充电电池组并不能安全地合并碱金属负极。
发明内容
如将进一步详细描述的，公开了具有与有机液体电解质接合的无枝状晶负极的碱金属电池组的几种示例。本文所公开的碱金属电池组可抑制枝状晶的形成，以允许安全的可再充电电池组，其具有作为与有机液体电解质接合的负极的碱金属或液态金属合金。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考以下描述，结合附图，其中：
图1是对称电池的实施方式的所选元件的框图；
图2是全电池的实施方式的所选元件的框图；
图3是碱金属合金片状电极的图像；
图4A和4B示出了具有碱金属合金片状电极的对称电池的循环试验的电压数据；
图5示出了具有碱金属合金片状负极的全电池的循环试验的几种数据；
图6示出了具有碱金属合金片状负极的全电池的循环试验的几种数据；和
图7A描绘了与多孔分隔件一起使用的锂负极；和
图7B描绘了与纳米多孔纤维素基多孔分隔件一起使用的锂负极。
具体实施方式
在以下描述中，通过示例的方式阐述了细节以便于讨论所公开的主题。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，所公开的实施方式是示例性的而非穷举所有可能的实施方式。
如本文所使用的，附图标记的带有连字符的形式是指元素的特定实例，并且附图标记的未带有连字符的形式是指集合元素。因此，例如，设备“12-1”是指设备类别的一个实例，其可统称为设备“12”，并且其中的任何一个一般可称为设备“12”。
推进可再充电电池组超越用于为手持设备供电的锂离子电池组以至其能以可接受的成本和充电速率来安全地为电动公路车辆供电，是非常期望的技术目标。这些改进可以减轻内燃机的气态产物所带来的不期望的环境和健康影响，并且可有助于将现代社会向更加可持续的能源经济推进。用于使改进的电池组成为可能的一项关键技术可能涉及开发具有碱金属负极的安全、低成本的电池组。
如上所述，来自有机液体电解质的碱金属负极的电化学电镀会受到枝状晶形成和生长的困扰，这是电池组失效的主要原因。枝状晶可能在充电过程中形成，并且可生长穿过电解质而到达正极，以致发生内部短路，而内部短路会造成燃烧或甚至爆炸的后果。此外，地球上锂(Li)的稀缺可能会限制运输和能源行业中具有多个锂-负极电池的大容量电池组的市场潜力。因此，在充电期间采用有机液体电解质在负极上进行电镀时保持无枝状晶的锂或另一种碱金属负极是合乎期望的。
碱金属钠(Na)和钾(K)是有趣的替代品，数量比锂多了一千多倍，并且在海洋中广泛可取。尽管用于快速、可逆地嵌入较大客体Na+和K+离子的大容量主体正极的识别比Li+更困难，但已知MnFe(CN)6双钙钛矿(double-perovskite)骨架为可逆的Na+嵌入提供可接受的可逆容量。
本公开的发明人通过该观察已受到激励，并且已经尝试使用液体K-Na合金作为具有有机液体电解质的可再充电电池组的负极。枝状晶不在液体碱金属负极上形成，并且K-Na相图显示出-12.6℃的共晶温度，这适于允许K-Na的液体合金相在25℃下用于广泛的电池组应用设备。此外，诸如K-Na的液体碱金属合金与通常用于锂离子或钠离子电池组的有机液体电解质不混溶。假若液体电极，其在充电/放电循环期间会改变体积，可被固定并被诱导在操作温度(优选在室温附近)下润湿液体电解质的表面，则由于液-液电极-电解质界面的可能性，不混溶的液体是合乎期望的。
对于K-Na合金组合物，在25℃下观察到包含有9.2至58.2wt.％Na的无枝状晶液相，其可为Na-金属电池组提供629mAh g-1的高比容量，并可为K-金属电池组提供579mAh g-1的比容量。在室温下，根据相图，K-Na液体从9.2延伸至58.2wt.％Na。对于具有58.2wt.％Na的在充电的100g负极而言，54.0g的Na被迁移掉以变成Na(9.2wt.％)-K(90.8wt.％)。针对Na金属电池组的负极的比容量可按如下公示进行计算：
以类似的方式，在K-金属电池组中，对于90.8wt.％K的在充电的100g负极而言，84.2g的K被迁移掉以变成Na(58.2wt.％)-K(41.8wt.％)。针对K金属电池组的负极的比容量可按如下公示进行计算：
因此，K-Na液体负极可为Na金属电池组提供629mAh g-1的比容量，并可为K金属电池组提供579mAh g-1的比容量。
如本文进一步详细描述的，在一个实施方式中，公开了室温全电池电池组，该室温全电池电池组具有作为负极的液体K-Na合金、含有作为离子生成盐的NaClO4或KClO4的常规有机液体电解质、以及作为主体正极的含氰基的钙钛矿(cyanoperovskite)的主体骨架MnFe(CN)6。液体合金负极被固定在碳基质中以润湿液体电解质的表面。为了允许在液体合金相范围内进行充电和放电，选择33.7wt.％Na的组合物用于本文所涉及的K-Na液体合金。
K-Na液体合金具有非常强的表面张力并且比大多数表面能更强地与其自身结合，从而防止液体电解质表面的润湿并阻止渗透到多孔碳基质中。多孔分隔件可以是膜，该膜是聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯膜(膜分隔件、Celgard LLC、Charlotte、NC)、或玻璃纤维膜。由于高表面张力，液体电解质表面上的大量液体K-Na合金珠粒则浸透到多孔隔离件中，并且可能不能在液体负极和液体电解质之间提供良好的阳离子传输。
为了使K-Na液体合金形成为具有与液体电解质相互作用(interaction)的高表面积的电极，K-Na液体合金被吸收在多孔碳膜中。应注意的是，其他多孔基质可用于不同的实施方式中。基于液体K-Na合金容易被硅胶材料(多孔SiO2)吸收的认知，尝试采用碳纸作为多孔基质来吸收K-Na合金(66.3wt.％K/33.7wt.％Na)，但未观察到在室温条件下的吸收。将温度升至420℃后，液体K-Na合金被吸收到碳纸中，观察到1g碳纸吸收了约5g的K-Na液体合金，因此预计使用较高孔隙率的基质可进一步增加K-Na液体合金的负载量。应注意的是，在不同的实施方式中可使用更高或更低的润湿温度。
因此，获得银色K-Na/C(本文中称为“KNC”)片，其可被切割成任何形状以形成电极。由KNC片，则形成了用于纽扣电池测试(参见图3)的盘状负极。为了进行比较，在Na片中形成了含有纯固体Na的相似的盘状负极。
在以下进一步详细描述的无枝状晶负极电解质界面的第一示例中，由KNC片和Na片所形成的用于进行比较的两个盘状负极，其每个负极被组装成对称电池，进行循环测试。
在以下进一步详细描述的无枝状晶负极电解质界面的第二示例中，由KNC片形成的两个盘状负极以及作为对照的由Na片形成的两个盘状电极，采用Na-MnFe(CN)6正极和NaClO4电解质进行循环测试。
在以下进一步详细描述的无枝状晶负极电解质界面的第三示例中，由KNC片形成的盘状负极采用Na-MnFe(CN)6正极和KClO4电解质进行循环测试。
在第四示例中，以下进一步详细描述了与有机液体电解质接合的无枝状晶负极。在第四示例中，将Li-金属负极与被液体电解质所浸透的多孔纤维素基分隔件膜一起使用。第四示例也是在对称电池中进行循环测试。
现在转向附图，图1示出了对称电池100的示例的所选元素。如图所示，对称电池100可用于测试和评估负极材料。为了描述清楚，图1中省略了例如电源和测量分接头(measurement taps)的电连接。应注意的是，图1是用于描述目的的示意图，并未按比例绘制，而且未示出实际的物理材料结构。
如图所示，对称电池100被用于以下所描述的第一示例和第四示例中。对称电池100包括由含有液体电解质的多孔分隔件114隔开的两个相同的电极110。因此，通过在电极110上施加电压，在多孔分隔件114中的液体电解质上发生离子传输，并且可能会导致可移动阳离子从一个电极110-1上剥离，并在另一个相同的电极110-2上电镀固体金属，因此离子传输的方向由所施加的电压的极性来决定。在某些实施方式中，例如本文所描述的第四示例，固体碱金属可用于电极110，该电极110与用于多孔分隔件114的多孔纤维素膜分隔件相接合。
在图1中，示出并描述了电极110-1的额外细节，而应理解的是，电极110-2的组成和结构与用于对称电池100的电极110-1基本相同。具体地，电极110-1可包括基质相102和吸收相104，为了描述清楚，其显示为圆形结构，但是在几种实施方式中，基质相102和吸收相104的实际形状和形式可进行变化。应注意的是，图1描绘了用于描述目的的一般横截面。在几种实施方式中，吸收相104可以是电极110内的连续相，其从一个边缘表面到另一个边缘表面是离子和电子的导体。在本文所公开的实施方式中，基质相102可以是碳基膜、聚合物膜、多孔陶瓷膜、多孔凝胶膜、纤维素基膜、纤维基质膜或其任一组合。在本文所公开的实施方式中，吸收相104可以是碱金属或碱金属合金。
特别地，电极110-2的结构示出了吸收相104如何在表面106处接触多孔分隔件114中的电解质，同时仍然保持被包含在电极110-2内。
在特定的实施方式中，当电极110包括固体金属(未示出)，例如碱金属或碱金属合金时，多孔分隔件114可以是多孔纤维素基膜。用于电极110的固体金属可通过多孔分隔件114中的纳米孔或微孔与电解质接触。
现在参考图2，示出了全电池200的示例的所选元素。如图所示，全电池200可用于测试和评估电池性能。为了描述清楚，图2中省略了例如用于连接至外部电路的集流体和接线柱的电连接。应注意的是，图2是用于描述目的的示意图，并未按比例绘制，而且未示出实际的物理材料结构。
如图2所示，全电池200包括负极210、含有液体电解质的多孔膜214以及正极216。负极210可基本上类似于以上参照图1所描述的电极110。多孔膜214可以类似的方式进行操作，或者可基本上类似于以上参照图1所描述的多孔分隔件114。正极216可以是任何合适的正极材料。在全电池200的操作中，由于负极210、含电解质的多孔膜214以及正极216的组成，在负极210和正极216上可存在电化学电势，并且当负极210和正极210通过电负载进行连接时，可能导致电流流动。电化学反应可以是可逆的，使得当施加反向电流时，电池组被再充电并存储电能。如图所示，负极210包括可基本上类似于图1中的基质相102和吸收相104的基质相202和吸收相204。当吸收相204是固定的液体金属并且基质相202是多孔基质时，吸收相204可沿着表面206与多孔分隔件214中的液体电解质接触。
在特定的实施方式中，当负极210包括固体金属(未示出)，例如碱金属或碱金属合金时，多孔分隔件214可以是多孔纤维素基膜。用于负极210的固体金属可通过多孔分隔件214中的纳米孔或微孔与多孔分隔件214中的液体电解质接触。
现在参考图3，显示了由KNC片而形成的盘状电极的照片。KNC片是银膜(silverymembrane)，该银膜具有被固定在其中的吸收相(用作液体-负极的K-Na合金)，因此能够在KNC片的整个表面上与液体电解质进行电子和离子接触。图3中所示的盘状电极可用作图1中的电极110或图2中的负极210。图3中所示的盘状电极的直径可为大约3/8英寸，而且厚度可变。
示例
第一示例
与液体电解质接合的无枝状晶碱金属模式的第一示例采用第一KNC片对称电池进行说明，该第一KNC片对称电池与会产生枝晶的第二Na片对称电池进行比较。
通过混合33.7wt.％的Na和66.3wt.％的K并摇动容器来制备K-Na液体合金。通过将碳纸带浸入420℃的液体K-Na合金中，并将冷却的KNC片切割成3/8英寸的盘状以用于纽扣电池，来制备KNC片盘状电极。类似地，在25℃下采用固体Na金属片来制备Na盘状电极。采用含有1M NaClO4的1∶1碳酸亚乙酯(EC)/碳酸二甲酯(DEC)作为电解质的分隔件，将KNC片盘状电极和Na片盘状电极各自组装成对称电池100(参见图1)。然后，针对每个电流极性方向，每个相应的对称电池以0.4mA cm-2的电流密度进行2小时半周期的循环。
具有Na片盘状电极和分隔件的对称电池100显示出不规则的电压波动，表明连续的枝状晶形成和断裂，其中循环电压幅度随时间变大，直到465小时后，由于内部短路而发生爆炸。
另一方面，具有KNC片电极的对称电池100在前10次循环中显示出一些相对较小的电压波动，如图4A所示，这表明建立了液-液界面，并因此表明了正常或所期望的工况(behavior)。在初始阶段之后，观察到非常稳定的循环电压幅度，并且电压变化在整个2800个小时测试时长显示出非常小的波动或没有波动。图4B中示出了2800个小时测试时长的最后50个小时，其表示在大约最初50个小时之后观察到的电压信号。在电镀/剥离循环操作2800个小时之后，没有观察到失败的信号。第一示例中循环工况的显著差异表明，KNC可作为无枝状晶负极以用于具有长循环寿命的安全的碱金属负极。
第二示例
在第二示例中，为了测试KNC片电极作为全电池200(参见图2)中负极210的工况，采用KNC片盘状负极210、玻璃纤维作为分隔件214以及钠化Na2MnFe(CN)6作为正极216来组装全电池200，该分隔件214包含作为电解质的含有1M NaClO4的碳酸亚丙酯(PC)，该碳酸亚丙酯(PC)包含有10wt.％氟代碳酸亚乙酯(FEC)。作为对照，采用Na片盘状负极来组装相同的全电池210。
图5示出了具有KNC片负极全电池200的第二示例的结果。在图5a中，示出了具有在1C充电/放电速率条件下的循环次数的全电池电压的初始演变。在图5b和5c中，分别在87次循环的电压增加之前和之后示出了不同循环速率的电压曲线(profile)的变化。在图5d中，在初始400次循环中显示了容量以及库仑效率。在图5e中，在全电池电压的初始演变期间的不同循环之后示出了Na2MnFe(CN)6正极216的能量分散X射线光谱(EDS)。
具体地，图5a示出了采用NaClO4作为盐且充电/放电速率为1C的KNC片盘状负极全电池200的充-放电曲线的演变。在图5a中，曲线在87次循环后稳定下来。而Na片盘状负极全电池200则表现出不同的工况。
在图5a中，KNC片负极全电池200在87次循环后在电压曲线中显示出一个台阶(step)。当没有水存在时，Na片盘状负极全电池200在电压曲线中并不显示出一个台阶。对于KNC片盘状负极全电池200而言，放电电压在小于65次循环后增加了0.2V，而充电电压在87次循环后且在稳定之前增加了0.5V，这稍微降低了电能存储的效率。
通过比较图5b和5c，在87次循环后，全电池200的循环速率的容量降低是明显的，但是在将速率增加到10C时仍保留了63％的容量。在图5d中，KNC片负极全电池200在恒定速率的条件下显示出了优异的容量保留率，如基本上平坦的斜坡(slope)所证明的那样。Na片负极全电池200的相应曲线(curve)(未示出)则显示出容量衰减。
图5e示出了在全电池电压的初始演变期间的不同循环之后Na2MnFe(CN)6正极216的能量分散X射线光谱(EDS)。在不同的循环次数之后，将两个全电池200拆卸，并用EDS来分析正极成分。循环前(0次循环)的正极光谱被包括以供参考。在图5e中随着循环次数的增加，用K+代替Na+变得越来越明显。仅3次循环后，一些Na+已被K+取代，而在65次循环之后Na+峰就已消失。一旦K+在65次循环之后变成正极中的主要碱离子，正极成分在87次循环之后几乎没有变化。图5e中的数据表明，放电电压的增加基本上是由于相对于标准氢电极(SHE)的K vs.Na(-2.93vs.-2.71V)的更大负电位的结果。随着正极中K+含量的增加，存储效率的损失表明，穿过电极/电解质界面的K+传输的阻力在充电期间大于放电期间，并且K+嵌入/脱嵌的速率容量(rate capability)的降低可至少部分地归因于电解质中K+相对于Na+离子的较低溶解度。
优异的循环性能(performance)表明KNC片盘状负极保持无枝状晶且稳定。在初始盐为NaClO4的情况下，工作离子从Na+到K+的变化是K相对于Na的较高费米(Fermi)能量的结果，这有利于K+在放电时从KNC片盘状负极传输至电解质，以及在充电时Na+从电解质到KNC片盘状负极。从Na+到K+的变化则将初始的NaClO4盐转变为KClO4。
第三示例
在第三示例中，为了测试KNC片电极作为全电池200(参见图2)中负极210的工况，采用KNC片盘状负极210、玻璃纤维作为分隔件214以及钠化Na2MnFe(CN)6作为正极216来组装全电池200，该分隔件214包含有作为电解质的含有饱和的KClO4的碳酸亚丙酯(PC)，该碳酸亚丙酯(PC)含有10wt.％氟代碳酸亚乙酯(FEC)。在第三示例中，KClO4用作初始盐，K+从一开始就是工作离子，并且在400次循环之后容量保留率为81％，如图6所示。相比之下，具有K金属负极210的相类似的全电池200则显示出更快的容量衰减，这进一步证实了液体负极的优点。
第四示例
在与有机-液体电解质接触的无枝状晶碱金属负极的第四示例中，碱金属负极是具有在固体负极和有机-液体电解质之间的界面处作为分隔件的纳米多孔纤维素基膜的一片固体金属锂。通过分隔件发生固体金属锂的电镀，并且镀覆的锂润湿分隔件的表面。分隔件的孔足够小，使得分隔件的润湿能够防止枝状晶的形成，并防止其生长穿过SEI层，从而钝化负极-电解质反应。
图7A描绘了与多孔分隔件一起使用的所观察到的Li-金属负极。在图7A中，枝状晶的形成和生长是明显的。
图7B描绘了与纳米多孔纤维素基分隔件一起使用的Li-金属负极。在图7B中，未观察到枝状晶的形成。
如本文所公开的，室温液体碱金属合金被固定在机械强度高的柔性多孔膜中，以用作在全电池配置中与有机液体电解质接触的无枝状晶、安全的负极。使用MnFe(CN)6主体正极允许快速、可逆地嵌入两个大的客体离子，Na+和K+，具有可接受的容量。在室温测试中，对具有含有液体K-Na合金相的KNC片盘状负极、含有NaClO4或KClO4盐的液体碳酸酯电解质、玻璃纤维分隔件以及钠化Na2MnFe(CN)6正极的全电池配置进行了说明。液体K-Na合金相是无枝状晶，并且不受与纳米晶体电极枝状晶一起发生的结构降解的影响。因此，液体K-Na合金相以高速率安全地循环，具有优异的容量保留率。
在放电时首先与电解质反应并在充电时最后与电解质反应的合金负极的元素是具有较高费米能量的元素，因此，该元素的阳离子成为具有合金负极的全电池的工作离子。由于K具有比Na更高的费米能量，因此采用NaClO4作为盐进行测试的全电池200的工作离子在前87次循环中逐渐变为K+。当使用KClO4盐时，全电池从一开始就是可再充电的K+离子电池。预计本文公开的示例中所描述的工况(behavior)适用于其他液体合金电极。
在第四示例中，电镀无枝状晶碱金属负极的另一示例，使用具有作为负极的固体碱金属的液体电解质，因此对负极和有机液体电解质之间的界面可采用不同的策略。使用市售可得的纳米多孔纤维素基分隔件。该纤维素基分隔件代表了被固体碱金属润湿的膜。纳米孔的分布允许固体负极和液体电解质之间的接触，以用于第四示例中的工作阳离子Li+在负极与电解质之间的传输。纳米孔(或微孔)足够小以使得在与液体电解质的界面处的固体Li负极上没有观察到枝状晶的形成。
以上所公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且所附的权利要求旨在涵盖落入本公开的真实精神和范围内的所有此类的变型、改进以及其他实施方式。因此，在法律所允许的最大程度内，本公开的范围将由以下权利要求及其等效物的最宽泛且可允许的解释来确定，并且不应受之前详细描述的约束或限制。

Claims (11)

1.一种电池组电池，包括可再充电电化学电池，所述可再充电电化学电池包括：
被固定在多孔膜中的液体金属负极；
电解质；以及
正极。
2.根据权利要求1所述的电池组电池，其中所述电解质是液体电解质。
3.根据权利要求1所述的电池组电池，其中所述多孔膜选自以下中的至少一种：
碳基膜；
聚合物膜；
多孔陶瓷膜；
多孔凝胶膜；
纤维素基膜；以及
纤维基质膜。
4.根据权利要求3所述的电池组电池，其中所述纤维基质膜被涂覆有以下中的至少一种：
碳基材料；
玻璃材料；
聚合物；
纤维素基材料。
5.一种电池组电池，包括可再充电电化学电池，所述可再充电电化学电池包括：
分隔件膜；
在所述分隔件膜中的有机-液体电解质；
无枝状晶负极；以及
正极，
其中所述有机-液体电解质通过所述分隔件膜与所述无枝状晶负极接触，以及
其中所述分隔件膜在所述无枝状晶负极和所述有机-液体电解质之间传输碱金属离子。
6.根据权利要求5所述的电池组电池，其中所述无枝状晶负极包括具有固体碱金属的集流体，并且其中所述分隔件膜是纤维素基膜。
7.根据权利要求5所述的电池组电池，其中所述无枝状晶负极包括具有液体碱金属的集流体，并且其中所述分隔件膜是碳基膜。
8.根据权利要求5所述的电池组电池，其中所述碱金属离子选自钠离子、锂离子和钾离子中的至少一种。
9.一种可再充电电池组电池，包括：
被固定的液体钾-钠合金负极；
电解质；以及
正极，
其中所述可再充电电池组电池传输钾离子。
10.根据权利要求9所述的可再充电电池组电池，其中所述电解质是液体电解质。
11.根据权利要求9所述的可再充电电池组电池，进一步包括：
固定所述液体钾-钠负极的碳基膜。
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