CN112436107B - 基于金属电极的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于金属电极的电池，包括正极、负极和电解质；所述正极包括正极活性材料；所述正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或所述正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成；所述负极包括负极活性材料；所述负极活性材料采用金属材料制成；或，所述负极活性材料采用金属材料和用于调节电位的负极材料的混合物制成；或，所述负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成。本发明还公开了一种基于全金属电极的叠层电池。本发明基于金属电极的电池，通过将正极活性材料和负极活性材料均主要采用金属材料制成，能够有效提高电池容量和能量密度。

Description

基于金属电极的电池
技术领域
本发明属于储能设备技术领域，具体的为一种基于金属电极的电池。
背景技术
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
放电反应：Li+MnO2＝LiMnO2
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
充电正极上发生的反应为
LiCoO2＝＝Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)
充电负极上发生的反应为
6C+XLi++Xe-＝LixC6
充电电池总反应：LiCoO2+6C＝Li(1-x)CoO2+LixC6
现有的锂金属电池和锂离子电池还存在容量不高，能量密度不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于金属电极的电池，通过将正极和负极均主要采用金属材料制成，能够有效提高电池容量和能量密度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种基于金属电极的电池，包括正极、负极和电解质；
所述正极包括正极活性材料；
所述正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或所述正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成；
所述负极包括负极活性材料；
所述负极活性材料采用金属材料制成；或，
所述负极活性材料采用金属材料和用于调节电位的负极材料的混合物制成；或，
所述负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成。
进一步，所述金属材料采用但不限于金属锂、金属镁、金属铝、金属钠和金属钾中的一种或至少两种的合金制成。
进一步，所述正极材料包括但不限于磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、磷酸锰、三元正极材料(532、622和811)、多硫化物和金属空气正极材料。
进一步，所述正极活性材料中的所述正极材料与所述金属材料的质量比为5％-80％。
进一步，所述正极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅰ，所述枝晶抑制材料Ⅰ包括但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。
进一步，所述正极活性材料中的所述枝晶抑制材料Ⅰ与所述金属材料的质量比为1％-100％。
进一步，所述负极材料包括但不限于氧化硅及其衍生物、石墨烯及其衍生物、碳纳米管及其衍生物、生物质碳材料及其衍生物、含锂的聚合物及其衍生物和表面功能化的碳材料。
进一步，所述负极活性材料中的所述负极材料与所述金属材料的质量比为0.01％-80％。
进一步，所述负极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅱ，所述枝晶抑制材料Ⅱ包括但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。
进一步，所述负极活性材料的所述枝晶抑制材料Ⅱ与所述金属材料的质量比为1％-100％。
进一步，所述电解质包括电解液和设置在所述正极与负极之间用于离子导通的隔膜。
进一步，所述正极与所述隔膜之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅰ，和/或，
所述负极与所述隔膜之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅱ。
进一步，所述枝晶抑制层Ⅰ复合在所述正极上，或所述枝晶抑制层Ⅰ复合在所述隔膜上；
所述枝晶抑制层Ⅱ复合在所述负极上，或所述枝晶抑制层Ⅱ复合在所述隔膜上。
进一步，所述枝晶抑制层Ⅰ和枝晶抑制层Ⅱ均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，所述复合材料采用用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子传输材料混合制成；
所述功能金属材料采用但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
所述离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
进一步，所述电解质采用固态离子导体。
进一步，所述正极与所述固态离子导体之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅲ，和/或，
所述负极与所述固态离子导体之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅳ。
进一步，所述枝晶抑制层Ⅲ复合在所述正极上，或所述枝晶抑制层Ⅲ复合在所述固态离子导体上；
所述枝晶抑制层Ⅳ复合在所述负极上，或所述枝晶抑制层Ⅳ复合在所述固态离子导体上。
进一步，所述枝晶抑制层Ⅲ和枝晶抑制层Ⅳ均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，所述复合材料采用用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子传输材料混合制成；
所述功能金属材料采用但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
所述离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
本发明还提出了一种基于全金属电极的叠层电池；
包括至少两个层叠在一起的如权利要求1-18任一项所述的电池；
相邻两个所述电池中，其中一个所述电池的正极与另一个所述电池的负极之间相邻设置，且该相邻的所述正极与负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板；或，
相邻两个所述电池中，其中一个所述电池的正极与另一个所述电池的正极之间相邻设置，或其中一个所述电池的负极与另一个所述电池的负极之间相邻设置，且该相邻的两个所述正极或相邻的两个所述负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板。
本发明的有益效果在于：
本发明基于金属电极的电池，通过将正极活性材料采用金属材料与用于调节电位的正极材料的混合物制成或在金属材料上复合用于调节电位的正极材料，如此，即可使正极和负极之间具有电位差；当然，负极活性材料内可以不设置负极材料，也可以在负极的金属材料内混合负极材料或在负极金属材料上复合负极材料，降低负极电位，进一步提高正负极之间的电位差；第一次使用时，需首先对电池进行充电，使正极的金属材料改变为金属离子，即可满足充放电循环的技术效果；综上，通过将正极活性材料和负极活性材料均主要采用金属材料制成，利用金属容量高的特性，能够有效提高电池容量和能量密度。
通过在正极的金属材料内设置枝晶抑制材料Ⅰ，或当电解质为电解液时，在正极与隔膜之间设置枝晶抑制层Ⅰ，或当电解质采用固态离子导体时，在正极与固态离子导体之间设置枝晶抑制层Ⅲ，能够有效抑制正极上的枝晶生长，提高电池安全性能和循环使用寿命；
同理，通过在负极的金属材料内设置枝晶抑制材料Ⅱ，或当电解质为电解液时，在负极与隔膜之间设置枝晶抑制层Ⅱ，或当电解质采用固态离子导体时，在负极与固态离子导体之间设置枝晶抑制层Ⅳ，能够有效抑制负极上的枝晶生长，提高电池安全性能和循环使用寿命。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明基于金属电极的电池实施例1的结构示意图，
图2为正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料的混合物制成时的微观放大图；
图3为正极材料层设置在金属材料层与正极集流体之间时的正极的结构示意图；
图4为正极材料层设置在金属材料层背向正极集流体的一侧侧面上时的正极的结构示意图；
图5为正极材料层设置在金属材料层内时的正极的结构示意图；
图6为负极活性材料采用金属材料和用于调节电位的负极材料的混合物制成时的结构示意图；
图7为负极材料层设置在金属材料层与负极集流体之间时的负极的结构示意图；
图8为负极材料层设置在金属材料层背向负极集流体的一侧侧面上时的负极的结构示意图；
图9为负极材料层也可以设置在金属材料层内时的负极的结构示意图；
图10为本发明基于金属电极的电池实施例2的结构示意图；
图11为枝晶抑制层Ⅰ复合在正极上，枝晶抑制层Ⅱ复合在负极上时的结构示意图；
图12为枝晶抑制层Ⅰ复合在隔膜上，枝晶抑制层Ⅱ复合在隔膜上时的结构示意图；
图13为本发明基于金属电极的电池实施例3的结构示意图；
图14为枝晶抑制层Ⅲ复合在正极上，枝晶抑制层Ⅳ复合在负极上时的结构示意图；
图15为枝晶抑制层Ⅲ复合在固态离子导体上，枝晶抑制层Ⅳ复合在固态离子导体上时的结构示意图；
图16为基于全金属电极的叠层电池的结构示意图，具体的为所有电池之间串联时的结构示意图；
图17为所有电池之间并联时的结构示意图。
附图标记说明：
10-正极；10a-金属材料；10b-正极材料；11-金属材料层；12-正极材料层；13-正极集流体；
20-负极；20a-金属材料；20b-负极材料；21-金属材料层；22-负极材料层；23-负极集流体；
30-隔膜；131-枝晶抑制层Ⅰ；132-枝晶抑制层Ⅱ132；
40-固态离子导体；141-枝晶抑制层Ⅲ；142-枝晶抑制层Ⅳ；
50-双极集流板；
60-电池。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，为本发明基于金属电极的电池实施例1的结构示意图。本实施例基于金属电极的电池，包括正极10、负极20以及位于正极10与负极20之间的电解质。
正极10包括正极活性材料；正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成。
具体的，如图2所示，为正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料的混合物制成时的微观放大图；
如图3-5所示，为正极活性材料采用金属材料10a与至少一层用于调节电位的正极材料10b复合而成时的结构示意图，具体的，如图3所示，正极材料层12可以设置在金属材料层11与正极集流体13之间；如图4所示，正极材料层12也可以设置在金属材料层11背向正极集流体13的一侧侧面上；如图5所示，正极材料层12也可以设置在金属材料层11内。当然，正极材料层11还可以设置至少两层，正极材料层11的设置位置可以参考如图3-5所示的设置位置，不再累述。
负极20包括负极活性材料；
负极活性材料采用金属材料制成，或，
负极活性材料采用金属材料20a和用于调节电位的负极材料20b的混合物制成，如图6所示，为负极活性材料采用金属材料和用于调节电位的负极材料的混合物制成时的微观放大图；或，
负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成。如图7-9所示，为负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成时的结构示意图，具体的，如图7所示，负极材料层22可以设置在金属材料层21与负极集流体23之间；如图8所示，负极材料层22也可以设置在金属材料层21背向负极集流体23的一侧侧面上；如图9所示，负极材料层22也可以设置在金属材料层21内。当然，负极材料层21还可以设置至少两层，负极材料层21的设置位置可以参考如图7-9所示的设置位置，不再累述。
优选的，金属材料11采用但不限于金属锂、金属镁、金属铝、金属钠和金属钾中的一种或至少两种的合金制成；本实施例的正极10中的金属材料和负极20中的金属材料采用相同的金属材料，本实施例的正极10中的金属材料和负极20中的金属材料均采用金属锂，具有能量密度高的优点。
进一步，正极材料包括但不限于磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、磷酸锰、三元正极材料(型号包括532、622和811等)、多硫化物和金属空气正极材料，本实施例的正极材料采用磷酸铁锂。正极活性材料中的正极材料与金属材料的质量比为5％-80％，在提高正极10的电位的条件下，对正极10的容量不会造成较大影响。
进一步，为了抑制枝晶生长，本实施例在正极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅰ，枝晶抑制材料Ⅰ包括但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。本实施例的正极活性材料中的枝晶抑制材料Ⅰ与金属材料的质量比为1％-100％。
进一步，负极材料包括但不限于氧化硅及其衍生物、石墨烯及其衍生物、碳纳米管及其衍生物、生物质碳材料及其衍生物、含锂的聚合物及其衍生物和表面功能化的碳材料(例如super p、科琴黑和炭黑等)，本实施例的负极材料采用石墨烯及其衍生物。负极活性材料中的负极材料与金属材料的质量比0.01％-80％，在降低负极20的电位的条件下，对负极20的容量不会造成较大影响。
进一步，负极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅱ，枝晶抑制材料Ⅱ包括但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。本实施例的负极活性材料中的枝晶抑制材料Ⅱ与金属材料的质量比1％-100％。
本实施例基于金属电极的电池，通过将正极活性材料采用金属材料与用于调节电位的正极材料的混合物制成或在金属材料上复合用于调节电位的正极材料，如此，即可使正极和负极之间具有电位差；当然，负极活性材料内可以不设置负极材料，也可以在负极的金属材料内混合负极材料或在负极金属材料上复合负极材料，降低负极电位，进一步提高正负极之间的电位差；第一次使用时，需首先对电池进行充电，使正极的金属材料改变为金属离子，即可满足充放电循环的技术效果；综上，通过将正极活性材料和负极活性材料均主要采用金属材料制成，利用金属容量高的特性，能够有效提高电池容量和能量密度。
实施例2
如图10所示，为本发明基于金属电极的电池实施例2的结构示意图。本实施例基于金属电极的电池，包括正极10、负极20以及位于正极10与负极20之间的电解质。
正极10包括正极活性材料；正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成。
负极20包括负极活性材料；负极活性材料采用金属材料制成，或，负极活性材料采用金属材料20a和用于调节电位的负极材料20b的混合物制成；或，负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成。
本实施例的电解质包括电解液和设置在正极10与负极20之间用于电子绝缘但离子导通的隔膜30。具体的，正极10与隔膜30之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅰ131，和/或，负极20与隔膜30之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅱ132。本实施例的正极10与隔膜30之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅰ131，负极20与隔膜30之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅱ132。
具体的，枝晶抑制层Ⅰ131复合在正极10上，或枝晶抑制层Ⅰ131复合在隔膜30上；枝晶抑制层Ⅱ132复合在负极20上，或枝晶抑制层Ⅱ132复合在隔膜30上。
如图11所示，为枝晶抑制层Ⅰ131复合在正极10上，枝晶抑制层Ⅱ132复合在负极20上时的结构示意图；
如图12所示，为枝晶抑制层Ⅰ131复合在隔膜30上，枝晶抑制层Ⅱ132复合在隔膜30上时的结构示意图。
当然，还可以在将枝晶抑制层Ⅰ131复合在正极10上时，将枝晶抑制层Ⅱ132复合在隔膜30上，或将枝晶抑制层Ⅰ131复合在隔膜30上时，将枝晶抑制层Ⅱ132复合在负极20上，不再累述。
进一步，枝晶抑制层Ⅰ131和枝晶抑制层Ⅱ132均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，复合材料包括用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子导通材料混合制成；
功能金属材料和离子导通材料采用物理方法或化学方法混合在一起；
功能金属材料采用但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
具体的，金属盐采用但不限于锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。在选用金属盐时，可选用与电池内部金属离子相同的金属盐，如锂电池中的金属盐可选用锂盐，不再累述。导离子体材料采用凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。
具体的，复合材料中的功能金属材料的质量占比为0.01％-50％，既能够满足抑制枝晶生长的要求，也不会影响离子导通，即不会影响电池性能。
进一步，本实施例的复合材料制作为胶状。
离子导体材料采用季胺盐和/或呈胶状的导离子体材料；或，
离子导体材料采用金属盐和季胺盐的混合物；或，
离子导体材料采用金属盐和呈胶状的导离子体材料的混合物；或，
离子导体材料采用金属盐、季胺盐和呈胶状的导离子体材料的混合物。
当然，胶状的复合材料可以直接制作为薄膜，薄膜的厚度小于等于50um。当应用于液态电池时，该薄膜设置在对应的电极与离子隔膜之间，也可以将该薄膜复合在对应的电极和对应的离子隔膜上，并形成所述枝晶抑制层Ⅰ131和枝晶抑制层Ⅱ132。
优选的，复合材料中的功能金属材料采用金属锡，离子导体材料采用季胺盐。
本实施例的正极10和负极20的结构与实施例1相同，不再一一累述。
实施例3
如图13所示，为本发明基于金属电极的电池实施例3的结构示意图。本实施例基于金属电极的电池，包括正极10、负极20以及位于正极10与负极20之间的电解质。
正极10包括正极活性材料；正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成。
负极20包括负极活性材料；负极活性材料采用金属材料制成，或，负极活性材料采用金属材料20a和用于调节电位的负极材料20b的混合物制成；或，负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成。
本实施例的电解质采用固态离子导体40。具体的，正极10与固态离子导体40之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅲ141，和/或，负极20与固态离子导体40之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅳ142。本实施例的正极10与固态离子导体40之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅲ141，负极20与固态离子导体40之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅳ142。
具体的，枝晶抑制层Ⅲ141复合在正极10上，或枝晶抑制层Ⅲ141复合在固态离子导体40上；枝晶抑制层Ⅳ142复合在负极20上，或枝晶抑制层Ⅳ142复合在固态离子导体40上。
如图14所示，为枝晶抑制层Ⅲ141复合在正极10上，枝晶抑制层Ⅳ142复合在负极20上时的结构示意图；
如图15所示，为枝晶抑制层Ⅲ141复合在固态离子导体40上，枝晶抑制层Ⅳ142复合在固态离子导体40上时的结构示意图。
当然，还可以在将枝晶抑制层Ⅲ141复合在正极10上时，将枝晶抑制层Ⅳ142复合在固态离子导体40上，或在将枝晶抑制层Ⅲ141复合在固态离子导体40时，将枝晶抑制层Ⅳ142复合在负极20上，不再累述。
进一步，枝晶抑制层Ⅲ141和枝晶抑制层Ⅳ142均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，复合材料采用用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子传输材料混合制成；；
功能金属材料和离子导通材料采用物理方法或化学方法混合在一起；
功能金属材料采用但不限于金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
本实施例的复合材料与实施例3相同，不再一一累述。
本实施例的正极10和负极20的结构与实施例1相同，不再一一累述。
实施例4
如图16所示，为基于全金属电极的叠层电池的结构示意图。本实施例基于全金属电极的叠层电池，包括至少两个层叠在一起的电池60。
相邻两个电池中，其中一个电池的正极10与另一个电池的负极20之间相邻设置，且该相邻的正极10与负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板50；如图16所示，此时所有的电池之间串联设置。
相邻两个电池中，其中一个电池的正极10与另一个电池的正极10之间相邻设置，或其中一个电池的负极20与另一个电池的负极20之间相邻设置，且该相邻的两个正极10或相邻的两个负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板50，如图17所示，此时所有的电池之间并联设置。
具体的，本实施例的电池与实施例1、实施例2或实施例3相同，不再一一累述。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (19)

1.一种基于金属电极的电池，包括正极、负极和电解质，其特征在于：
所述正极包括正极活性材料；
所述正极活性材料采用金属材料和用于调节电位的正极材料混合制成，或所述正极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的正极材料复合而成；
所述负极包括负极活性材料；
所述负极活性材料采用金属材料制成；或，
所述负极活性材料采用金属材料和用于调节电位的负极材料的混合物制成；或，
所述负极活性材料采用金属材料与至少一层用于调节电位的负极材料复合而成；
第一次使用时，对电池进行充电，使正极的金属材料改变为金属离子。
2.根据权利要求1所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述金属材料采用金属镁、金属铝中的一种或至少两种的合金制成。
3.根据权利要求1所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极材料包括磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、磷酸锰、三元正极材料、多硫化物和金属空气正极材料中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极活性材料中的所述正极材料与所述金属材料的质量比为5%-80%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅰ，所述枝晶抑制材料Ⅰ包括金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极活性材料中的所述枝晶抑制材料Ⅰ与所述金属材料的质量比为1%-100%。
7.根据权利要求1所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述负极材料包括氧化硅及其衍生物、石墨烯及其衍生物、碳纳米管及其衍生物、生物质碳材料及其衍生物、含锂的聚合物及其衍生物和表面功能化的碳材料中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述负极活性材料中的所述负极材料与所述金属材料的质量比为0.01%-80%。
9.根据权利要求1-4，7或8任一项所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述负极活性材料内设有用于抑制枝晶生长的枝晶抑制材料Ⅱ，所述枝晶抑制材料Ⅱ包括金属锡、金属钛、金属钨、金属铅、金属铝和季胺盐中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述负极活性材料中的所述枝晶抑制材料Ⅱ与所述金属材料的质量比为1%-100%。
11.根据权利要求1-4，7或8任一项所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述电解质包括电解液和设置在所述正极与负极之间用于离子导通的隔膜。
12.根据权利要求11所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极与所述隔膜之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅰ，和/或，
所述负极与所述隔膜之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅱ。
13.根据权利要求12所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述枝晶抑制层Ⅰ复合在所述正极上，或所述枝晶抑制层Ⅰ复合在所述隔膜上；
所述枝晶抑制层Ⅱ复合在所述负极上，或所述枝晶抑制层Ⅱ复合在所述隔膜上。
14.根据权利要求12所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述枝晶抑制层Ⅰ和枝晶抑制层Ⅱ均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，所述复合材料采用用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子传输材料混合制成；
所述功能金属材料采用金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
所述离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
15.根据权利要求1-4，7或8任一项所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述电解质采用固态离子导体。
16.根据权利要求15所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述正极与所述固态离子导体之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅲ，和/或，
所述负极与所述固态离子导体之间设有用于抑制枝晶生长并可离子导通的枝晶抑制层Ⅳ。
17.根据权利要求16所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述枝晶抑制层Ⅲ复合在所述正极上，或所述枝晶抑制层Ⅲ复合在所述固态离子导体上；
所述枝晶抑制层Ⅳ复合在所述负极上，或所述枝晶抑制层Ⅳ复合在所述固态离子导体上。
18.根据权利要求16所述的基于金属电极的电池，其特征在于：
所述枝晶抑制层Ⅲ和枝晶抑制层Ⅳ均采用抑制枝晶生长的复合材料制成，所述复合材料采用用于抑制枝晶生长的功能金属材料和用于实现离子导通的离子传输材料混合制成；
所述功能金属材料采用金属锡、金属钛、金属钨、金属铅和金属铝中的至少一种；
所述离子导通材料采用金属盐、季胺盐和导离子体材料中的至少一种。
19.一种基于金属电极的叠层电池，其特征在于：
包括至少两个层叠在一起的如权利要求1-18任一项所述的电池；
相邻两个所述电池中，其中一个所述电池的正极与另一个所述电池的负极之间相邻设置，且该相邻的所述正极与负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板；或，
相邻两个所述电池中，其中一个所述电池的正极与另一个所述电池的正极之间相邻设置，或其中一个所述电池的负极与另一个所述电池的负极之间相邻设置，且该相邻的两个所述正极或相邻的两个所述负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板。
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