專利名稱：：鋰基電化學(xué)裝置中的塑性晶體電解質(zhì)的制作方法鋰基電化學(xué)裝置中的塑性晶體電解質(zhì)交叉引用的申請(01)本申請要求2005年7月29日提交的美國專利申請USSN60/703,451的權(quán)益。發(fā)明領(lǐng)域(02)本發(fā)明涉及鋰基電化學(xué)裝置中的塑性晶體(plasticcrystal)固體電解質(zhì)。發(fā)明背景(03)在過去十年里，一次和二次(可再充電)鋰蓄電池一直是很多研究和開發(fā)的對象。目的是開發(fā)一種具有大的能量容量和良好的電性能的低成本蓄電池。為此，已開發(fā)出很多蓄電池設(shè)計來滿足各種應(yīng)用，例如便攜產(chǎn)品、不間斷電源(UPS)、用于零排放和混合動力電動車輛的蓄電池以及汽車的起動-照明-點火(SLI)。(04)雖然迄今關(guān)注于使用液體電解質(zhì)的Li離子蓄電池，但這種技術(shù)的基本設(shè)計在包裝、形式、尺寸、成本和安全性方面產(chǎn)生問題[l]。離子導(dǎo)電的固體材料相比作為電解質(zhì)的液體顯示出許多優(yōu)點。聚合物在安全性和機(jī)械特性方面提供了一些相比于液體電解質(zhì)體系的優(yōu)勢，并且還可與金屬鋰陽極一起使用[2。金屬鋰陽極提供了最高的理論容量密度。聚合物電解質(zhì)的機(jī)械性能減少當(dāng)使用金屬鋰作為陽極時可能發(fā)生的枝晶形成所產(chǎn)生的問題。聚合物電解質(zhì)的問題是它們在室溫下的低電導(dǎo)率。為了克服這種限制，已提出許多方法例如通過向聚合物中引入增塑劑或添加小分子添加劑而形成的聚合物凝膠電解質(zhì)。更近期，提出了塑性晶體電解質(zhì)[3、4、5、6。由于在室溫下高達(dá)10-38.^11-1的電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能，晶體塑性電解質(zhì)是液體或凝膠電解質(zhì)的最有希望的替代物之一。此外，相比于聚合物電解質(zhì)，塑性晶體電解質(zhì)的制備非常容易，不需要添加很多鋰鹽，并且不需要任何溶劑或輻射交聯(lián)。(05)塑性晶體是主要由表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)和/或取向無序并同時保持長程平移有序的準(zhǔn)球形或圓片(disk)狀分子形成的中間相[7。這種類型"無序，，的結(jié)果是使得塑性晶體能夠與具有類似機(jī)械性能的其它材料例如聚合物電解質(zhì)竟?fàn)幍母叩臄U(kuò)散率和塑性。在報道基于季銨鹽的有機(jī)鹽的高離子導(dǎo)電性的文獻(xiàn)中，這些相作為離子導(dǎo)電材料的潛力變得顯著[8。(06)更具體地對于鋰蓄電池應(yīng)用，已報道了基于摻有某些鋰鹽的丁二腈的塑性晶相的高離子導(dǎo)電性[5、61。先前已對純丁二腈(筒寫為SCN)的塑性晶體性能進(jìn)行了一定的詳細(xì)表征[9j。丁二腈在-40。C至58。C的溫度下表現(xiàn)出塑性晶體形成[91。在液體和塑性晶體形式中，丁二腈以旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體存在旁式和反式。然而在低于-44。C的溫度下僅存在旁式[IO。當(dāng)摻有511101%雙-三氟曱烷磺酰亞胺鋰(Li(CF3S02)2N)時，塑性晶體范圍降至-34。C到49°C[51。而摻有5mol。/。四氟硼酸鋰(LiBF4)使塑性晶體相轉(zhuǎn)移至-36。C到44°C[5?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中已對這些丁二腈-鋰鹽相的電導(dǎo)率進(jìn)行了討論[4、5。在所評價的鋰鹽中，Li(CF3S02)2N和LiBF4顯示出最高的電導(dǎo)率，晶體塑性形式的丁二腈在室溫下對于Li(CF3S02)2N具有超過l(T3S.cirT1的電導(dǎo)率并且對于LiBF4具有10"S.cirT1的電導(dǎo)率5。這些電導(dǎo)率對于在室溫下在鋰蓄電池中使用這些電解質(zhì)是足夠好的。已證實了Li(CF3S02)2N-丁二腈電解質(zhì)并且與Li4Ti5012陽極和作為陰極材料的LiFeP04或LiCo02—起使用Li(CF3S02)2N-丁二腈獲得了相當(dāng)好的電化學(xué)性能6]。然而，對于這些蓄電池，輸出電壓僅為約2V，因此它們不能提供高的能量密度。(07)加拿大專利申請2,435，218[12公開了鈦酸鋰陽極在包含丁二腈(NC-CH2-CH2-CN)塑性晶體電解質(zhì)的電化學(xué)電池中的應(yīng)用。然而，相比于金屬鋰的電化學(xué)電勢(-3.045V，相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，鈦酸鋰的電化學(xué)電勢弱(-1.5V,相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，因此基于鈦酸鋰的電化學(xué)電池不能夠提供高的能量密度。對于包含丁二腈的電化學(xué)電池，據(jù)認(rèn)為金屬鋰和因此具有與金屬鋰類似的電化學(xué)電勢的材料不能用作陽極，因為-CN基團(tuán)和金屬鋰之間可能的反應(yīng)性[5導(dǎo)致丁二腈的聚合。(08)本領(lǐng)域中仍需要利用具有中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的固體離子電解質(zhì)的益處并同時能夠提供較高能量密度的電化學(xué)裝置。發(fā)明概述(09)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在利用具有中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的固體離子電解質(zhì)的電化學(xué)裝置中，金屬鋰和具有與金屬鋰類似的電化學(xué)電勢的材料可成功地用作陽極。(010)根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在具有包含含Li材料的陽極的電化學(xué)裝置中，提供了具有摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的固體離子電解質(zhì)的應(yīng)用，所述含Li材料具有在金屬鋰的約1.3V以內(nèi)的電化學(xué)電勢。(011)根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包含如下的電化學(xué)裝置具有摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的固體離子電解質(zhì)；包含含Li材料的陽極，所述含Li材料具有在金屬鋰的約1.3V以內(nèi)的電化學(xué)電勢；和，陰極。(012)有利地是，本發(fā)明的電化學(xué)裝置在陽極和陰極之間具有大的電壓差，致使可提供較高的能量密度，并同時維持中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的優(yōu)點，例如其中性、其高擴(kuò)散性、其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、其優(yōu)異的機(jī)械性能、其優(yōu)異的塑性范圍(-35'C至60。C,對于丁二腈)以及其大的穩(wěn)定電化學(xué)窗口。優(yōu)選表現(xiàn)出高極性的中性有機(jī)塑性晶體，該高極性賦予鋰鹽優(yōu)異的溶劑化能力。高極性、中性有機(jī)塑性晶體的優(yōu)點是其當(dāng)摻有離子鹽時在室溫下具有優(yōu)異的電導(dǎo)率。(013)陽極優(yōu)選具有在金屬鋰的約1.2V以內(nèi)的電勢，更優(yōu)選在金屬鋰的約1.1V以內(nèi)，甚至更優(yōu)選在金屬鋰的約1V以內(nèi)，例如在金屬鋰的約0.8V以內(nèi)或在金屬鋰的約0.5V以內(nèi)。陽極包含含Li材料，例如金屬鋰，嵌入硬碳或軟碳的鋰，嵌入氧化物、氮化物或磷化物的鋰，通過置換插入化合物或復(fù)合物的鋰，鋰合金，或其混合物。優(yōu)選地，含Li材料包含金屬鋰、鋰合金、嵌入硬碳或軟碳的鋰(例如嵌入石墨的鋰)或其混合物。其中可插入鋰的化合物和復(fù)合物可以包括例如Sn化合物、Sb化合物、Al化合物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物或過渡金屬磷化物(例如Cu2Sb、CoSb3、SnFe2、Sn5Cu6、Mn2Sb、氧化錫、氧化硅、氧化鈷、Cu3P、FeP2和Li2.6CoQ.4N)。鋰的合金可包括例如與Si、Sb、Al、Bi、Sn和/或Ag合金化的鋰。(014)固體離子電解質(zhì)具有中性的有機(jī)塑性晶體基質(zhì)。這樣的基質(zhì)不帶電荷。優(yōu)選地，該中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)包含丁二腈。該中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)摻有包含離子鹽例如鋰鹽的摻雜劑。該鋰鹽優(yōu)選是氟化化合物的鋰鹽，更優(yōu)選是氟化磺酰亞胺的鋰鹽。適宜鋰鹽的一些例子是雙-三氟曱烷磺酰亞胺鋰(Li(CF3S02)2N，有時簡寫為LiTFSI)、雙-全氟乙基磺酰亞胺鋰(Li(C2F5S02)2N)、四氟硼酸鋰(LiBF"、六氟磷酸鋰(LiPF6)、硫氰酸鋰(LiSCN)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3S03)、四氟鋁酸鋰(LiAlF"、高氯酸鋰(LiC104)及其混合物。摻雜劑優(yōu)選為Li(CF3S02)2N或LiBF4。在一個實施方案中，固體離子電解質(zhì)包含摻有Li(CF3S02)2N的丁二腈?？梢砸匀魏魏线m的量，例如以l-20mo1。/0的量、更優(yōu)選以2-17mol。/o或2-15瓜01%或2-12mol。/。的量，將摻雜劑引入到中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)中。在電化學(xué)裝置的放電和充電期間，固體離子電解質(zhì)確保將離子物質(zhì)從一個電極傳遞到另一個電極，甚至在復(fù)合電極內(nèi)。(015)陰極可以是適合用作電化學(xué)裝置中的對電極的任何材料，在所述電化學(xué)裝置中電解質(zhì)是摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)。陰極可包含插入化合物，該插入化合物包含可逆地或不可逆地插入到原子框架內(nèi)的鋰離子。該原子框架可包含例如單一金屬氧化物、混合金屬氧化物、單一金屬磷酸鹽、混合金屬磷酸鹽、單一金屬釩酸鹽或混合金屬釩酸鹽。該金屬優(yōu)選是一種或多種第一行過渡金屬。適宜陰極材料的例子包括LiCo02、Li(M，Co)02、LiMn204、Li(Mn。.5Ni。.5)02、Li1+x(Mn，Ni5Co)lx02、LiFeP04和V2Os。(016)中性有機(jī)塑性晶體電解質(zhì)，尤其是由丁二腈和鋰鹽形成的那些中性有機(jī)塑性晶體電解質(zhì)，可代替包含高電勢含Li陽極的電化學(xué)裝置中的聚合物和液體電解質(zhì)。這樣的電化學(xué)裝置包括，例如電化學(xué)電池(例如蓄電池)、燃料電池、電致變色裝置、超級電容器和化學(xué)傳感器。本發(fā)明尤其適合于商業(yè)鋰蓄電池應(yīng)用，例如用于便攜式電子裝置和電動車輛或混合動力電動車輛的可再充電蓄電池。此外，由于摻有鹽的中性有機(jī)塑性晶體電解質(zhì)在較低溫度(例如約-20°C)下具有良好的電導(dǎo)率(例如約IO"-I(T5mS/cm)，因此本發(fā)明的電化學(xué)裝置可用于特定的航空航天應(yīng)用。附圖簡述(on)為了更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖通過實施例詳細(xì)描述其實施方案，其中(018)圖1是描繪對于在丁二腈中LiBF4為2.5、4、5、10和15mol%的組成，電導(dǎo)率的對數(shù)隨溫度('C)變化的坐標(biāo)圖；(019)圖2是描繪在丁二腈中Li(CF3S02)2N為4、12.5、15和17mol。/o的組成，電導(dǎo)率的對數(shù)隨溫度(°C)變化的坐標(biāo)圖；(020)圖3是描繪使用金屬鋰作為阻塞電極(blockingelectrode)且不銹鋼作為工作電極以1mV.S-1的掃描速率在室溫下得到的SCN-4%LiTFSI和SCN-4%LiBF4電解質(zhì)的循環(huán)伏安圖的坐標(biāo)圖；(021)圖4是描繪Li/SCN-4。/o鋰鹽/LiFeP04電池的第一次和第二次恒電流(C/24速率)充電-放電循環(huán)的坐標(biāo)圖；(022)圖5是描繪Li/SCN-4。/o鋰鹽/LiFeP04電池的具體充電-放電容量相對于循環(huán)數(shù)的坐標(biāo)圖；(023)圖6是描繪Li/SCN-4%LiTFSI/LiFeP04電池的具體充電-放電容量相對于循環(huán)數(shù)的坐標(biāo)圖；(024)圖7是描繪Li/SCN-4%LiTFSI/Li電池的阻抗圖譜的時間依賴性的坐標(biāo)圖；和，(025)圖8是描繪Li/SCN-4"/。鋰鹽/LiCo02電池的第一次和第二次恒電流(C/24速率)充電-放電循環(huán)的坐標(biāo)圖。發(fā)明詳迷(026)實施例1:(027)將2.3066g丁二腈(NC-CH2-CHrCN)和0.1125g四氟硼酸鋰(LiBF4)混合，加熱直至熔化然后冷卻以制得組成為960/oSCN-4y。LiPF4(按mol。/。計)的固溶體。差示掃描量熱法(DSC)顯示該化合物具有51。C的熔點并且在-35。C至51。C表現(xiàn)出晶體塑性相行為。在下表l中提供了該化合物的電導(dǎo)率相對于溫度的表征。在圖1中繪出相同的數(shù)據(jù)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(028)實施例2:(029)對于2.5mol%、5mol%、10mol。/o和15mol%LiBF4的組成，按實施例1制備LiBF4和丁二腈的混合物。在圖1中以電導(dǎo)率(S/cm)對數(shù)相對于溫度(°C)的曲線圖顯示了測得的電導(dǎo)率與溫度的函數(shù)關(guān)系。(030)實施例3:(031)將2.3066g丁二腈(NC-CHrCH2-CN)和0.3445g雙-三氟甲烷磺酰亞胺鋰Li(CF3S02)2N(有時簡寫為LiTFSI)混合，加熱直至熔化然后冷卻以制得組成為96。/oSCN-4。/。Li(CF3S02)2N(按mol。/o計)的固溶體。(032)DSC顯示該化合物具有58。C的熔點并且在-36。C至58。C表現(xiàn)出晶體塑性相行為。在表2中提供了該化合物的電導(dǎo)率(S/cm)相對于溫度的表征并在圖2中繪出。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(033)實施例4:(034)對于4mol%、12.5mol%、1501<)1%和17mol%Li(CF3S02)2N的組成，按實施例3制備Li(CF3S02)2N和丁二腈的混合物。在圖2中以電導(dǎo)率(S/cm)對數(shù)相對于溫度(°C)繪出了測得的電導(dǎo)率與溫度的函數(shù)關(guān)系。(035)實施例5:(036)為了測試這些化合物作為電解質(zhì)與鋰陽極一起的電化學(xué)穩(wěn)定性，在具有夾在鋰和不銹鋼電極之間的電解質(zhì)的電池中，通過在多通道恒電位儀(Solarton)上的室溫循環(huán)伏安法(CV)對SCN-4%Li(CF3S02)2N和SCN-4。/。LiBF4(均按mol。/。計)兩者進(jìn)行表征。圖3顯示了夾在不銹鋼(SS)和金屬鋰電極之間的SCN-4%Li(CF3S02)2N和SCN-4%LiBF4電解質(zhì)在室溫下以1mV/s掃描速率得到的循環(huán)伏安圖。對于SCN-4%Li(CF3S02)2N和SCN-4%LiBF4，伏安圖清楚地表明金屬鋰在陰極界限(limit)處的沉積和鋰在返回陽極掃描中的溶出(stripping)。SCN-4%Li(CF3S02)2N在直到4.5伏(相對于Li/Li+)是穩(wěn)定的。這表明SCN-4%Li(CF3S02)2N電解質(zhì)適合與寬廣范圍的陰極材料一起使用。對于SCN-4%LiBF4,在3.9伏(相對于Li/Li+)以下電流響應(yīng)可忽略。這表明在該電勢范圍中不存在任何組分的分解并且SCN-4。/。LiBF4具有對于3.4V陰極材料如LiFeP04的適宜的電化學(xué)穩(wěn)定性。(037)實施例6:(038)為了測試具有金屬鋰陽極和各種陰極材料的電解質(zhì)，制備鈕扣型電化學(xué)電池(2325尺寸石更幣電池)。通過將96mol。/。的SCN與4mol。/。的Li(CF3S02)2N(三氟曱烷磺酰亞胺鋰)或者與4mol。/o的LiBF4結(jié)合制備電解質(zhì)。加熱該混合物直至熔化。(039)以鋰金屬作為陽極并以LiFeP04作為陰極構(gòu)成電化學(xué)電池。(040)負(fù)電極(陽極)是直徑為1.65cm的鋰金屬圓片。(041)通過在鋁箔集流體上流延組成如下的混合物來制備正電極(陰極)溶解于N-甲基吡咯烷酮中的84wt%LiFeP04、8wt%KynarFlex聚合物粘結(jié)劑和8wt%SuperS碳黑(作為電子導(dǎo)體增強(qiáng)劑)。將陰極在85。C下干燥?；钚圆牧霞虞d量為約4.5mg/cm2，并且陰極的幾何表面積始終為1.5cm2。(042)將25.4pm厚的微孔聚丙烯隔膜(Celgard)插入電極之間以防止短路。將少量SCN-4%Li(CF3S02)2N或SCN-4%LiBF4置于陰極和Celgarcf隔膜之間以及陽極和Celgarc^隔膜之間。當(dāng)簡單地將Celgard隔膜浸入SCN-4%Li(CF3S02)2N或SCN-40/。LiBF4溶液中時，得到類似的結(jié)果。不銹鋼墊片(spacer)確保有效的電流收集，并且內(nèi)部的不銹鋼彈簧保持電池堆的不同元件在硬幣電池鑄件內(nèi)處于良好接觸。在充有氦氣的手套箱中于室溫下組裝該硬幣電池并將其巻邊。(043)對于Li(CF3S02)2N在2.6和3.9V之間而對于LiBF4在2.6和3.7V之間，以恒電流模式以C/24的速率對使用SCN-4%Li(CF3S02)2N或SCN-4%LiBF4作為電解質(zhì)的鋰蓄電池進(jìn)行測試。在圖4中繪出了這些蓄電池的電壓曲線。在氧化時，對于Li(CF3S02)2N和LiBF4分別在3.49V和3.50V下，并且在還原時，對于Li(CF3S02)2N和LiBF4分別在3.39V和3.38V下，觀測到Fe,Fe"電偶(couple)。這種電壓差異表明在可逆電化學(xué)過程中與合理速率性能一致的適度電壓極化。(044)這些金屬鋰電池的約3.4伏的工作電壓比先前報道的Li4TisOu電池的約2伏的工作電壓具有廣泛得多的應(yīng)用[6。另外，循環(huán)時的容量保持率(圖5)比關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的Li4Ti5012/Li(CF3S02)2N-SCN/LiFeP04電池所報道的容量保持率好得多。(045)Li/SCN-4%Li(CF3SO2)2N/LiFePO4硬幣電池在第一次循環(huán)中提供大于109mAh/g并且在循環(huán)時容量略微增加，在第30次循環(huán)時達(dá)到115mAh/g的最大值(圖5)。在第一次循環(huán)和第二次循環(huán)中分別觀測到84%和98%的庫倫效率，該效率在進(jìn)一步循環(huán)時增加，從第6次循環(huán)起達(dá)到>99%。使用SCN-4%LiBF4電解質(zhì)獲得類似結(jié)果，該電解質(zhì)在第一次循環(huán)時表現(xiàn)出86mAh/g的放電容量和83%的充電/放電效率。在兩種情況下均獲得了良好的循環(huán)穩(wěn)定性且具有很小的容量衰減。(046)實施例7:(047)為了進(jìn)一步評價循環(huán)能力，按照實施例6構(gòu)造Li/SCN-4%Li(CF3S02)2N/LiFeP04電池，并以恒電流模式在Arbin循環(huán)控制裝置(cycler)上以對應(yīng)于C/24速率的電流對其進(jìn)行循環(huán)。在2.6伏-4.9伏的電壓界限之間對該電池進(jìn)行循環(huán)。該電池顯示出(圖6)超過55次循環(huán)無容量衰減的非常好的循環(huán)能力。(048)實施例8:(049)為了評價在鋰陽極和塑性晶體電解質(zhì)之間是否形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)，測量作為時間函數(shù)的對稱Li/SCN-4%Li(CF3S02)2N/Li電池上的AC阻抗圖譜。該圖語(圖7)證實在陽極與固體電解質(zhì)之間接觸幾天之后形成穩(wěn)定的SEI。穩(wěn)定的SEI保護(hù)電極不發(fā)生劣化，導(dǎo)致穩(wěn)定的充電/放電循環(huán)。(050)實施例9:(051)使用金屬鋰的負(fù)電極(直徑為1.65cm的圓片)制造電化學(xué)發(fā)電裝置(2325尺寸硬幣電池)。電解質(zhì)是在丁二腈中的4mol%Li(CF3S02)2N。正電極包含溶解在N-甲基吡咯烷酮中的84wt%LiCo02、8wt%KynarFlex聚合物粘結(jié)劑和8wt%SuperS碳黑(作為電子導(dǎo)體增強(qiáng)劑)。將陰極在85。C下干燥?；钚圆牧霞虞d量為約5.5mg/cm2，并且陰極的幾何表面積為1.5cm2。在2.8V和4.2V之間以C/24的速率對該電池進(jìn)行循環(huán)。提供的充電容量為約131.4mAh/g，并且放電容量為約105.3mAh/g(見圖8)。在圖8中，時間以小時計。(052)該結(jié)構(gòu)固有的其它優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。本文中對實施方案進(jìn)行了示例性描述，并且這些實施方案并不意圖對所要求的本發(fā)明范圍進(jìn)行限制。前述實施方案的變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是明顯的，并且本發(fā)明人意圖將這些變化包括在下面的權(quán)利要求中。(OM)參考文獻(xiàn)1-A.Hammami，N.Raymond,andM.Armand，7V"&re，424,635(2003).2-ArmandM.B.'FastIonTransportinSolids',e</『(7卯/，TVoWA_ff0//ad，^4附s&n/a附，p.665(1973).3哩D.MacFarlane，J.HuangandM.Forsyth,7Vw,，402，792(1999).4-S.Long,D.R.MacFarlane,M.Forsyth,5W,W5"她/cw/cs，161，105(2003).5畫PJ.Alarco,Y.Abu-Lebdeh，A.Abouimrane，M.Armand，7V由"Af"^油，3，476(2004)，6-A.Abouimrane，Y.Abu-Lebdeh，PJ.AlarcoandMichelArmand，/E/e"roc/^附.Soc，151(7)，A1028(2004).7-J.N.Sherwood,77reP/asricfl〃j;Oy自〃/MeS7fl&，Wiley，London,1979.8-I.E.CooperandC.Angell，5V"^/ow/"，18-19，570(1986).9-P.Derollez，J.Lefebvre，MDescamps,W.PressandH.Fontaine，義.CW,，她脅，2，6893(1990).10-E.FitzgeraldandJ.Jantz,/Afo/.S/7e"簡，，1，49(1957).11-S.Long,D.R.MacFarlane,M.Forsyth,/ow/cs，175733(2004).12-CA2,435,218,Y.Abu醒Lebdehetal.，Jan.28,2005.13-WO0115258，D.R.MacFarlaneetal.，Mar.1，2001.權(quán)利要求1.電化學(xué)裝置，其包含固體離子電解質(zhì)，該固體離子電解質(zhì)具有摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)；包含含Li材料的陽極，該含鋰材料具有在金屬鋰的約1.3V以內(nèi)的電化學(xué)電勢；和，陰極。2.權(quán)利要求l的裝置，其中所述中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)包含丁二腈。3.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述離子鹽包含鋰鹽。4.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述離子鹽包含氟化化合物的鋰鹽。5.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述離子鹽包含氟化磺酰亞胺的鋰鹽。6.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述離子鹽包含雙-三氟曱烷磺酰亞胺鋰、雙-全氟乙基磺酰亞胺鋰或其混合物。7.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述離子鹽包含四氟硼酸鋰。8.權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其中所述陽極的電化學(xué)電勢在金屬鋰的約1.2V以內(nèi)。9.權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其中所述陽極的電化學(xué)電勢在金屬鋰的約1.1V以內(nèi)。10.權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其中所述陽極的電化學(xué)電勢在金屬鋰的約1V以內(nèi)。11.權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其中所述陽極的電化學(xué)電勢在金屬鋰的約0.8V以內(nèi)。12.權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其中所述陽極的電化學(xué)電勢在金屬鋰的約0.5V以內(nèi)。13.權(quán)利要求1至12中任一項的裝置，其中所述含Li材料包含金屬鋰，嵌入硬碳或軟碳的鋰，嵌入氧化物、氮化物或磷化物的鋰，通過置換插入化合物或復(fù)合物的鋰，鋰合金，或其混合物。14.權(quán)利要求1至12中任一項的裝置，其中所述含Li材料包含金屬鋰、嵌入硬碳或軟碳的鋰、鋰合金或其混合物。15.權(quán)利要求1至12中任一項的裝置，其中所述含Li材料包含金屬鋰。16.權(quán)利要求1至15中任一項的裝置，其中所述陰極包含具有插入原子框架中的鋰離子的插入化合物。17.權(quán)利要求16的裝置，其中所述原子框架包括單一金屬氧化物、混合金屬氧化物、單一金屬磷酸鹽、混合金屬磷酸鹽、單一金屬釩酸鹽或混合金屬釩酸鹽。18.權(quán)利要求17的裝置，其中所述金屬是一種或多種第一行過渡金屬。19.權(quán)利要求1至15中任一項的裝置，其中所述陰極包含LiCo02、Li(Ni，Co)02、LiMn204、Li(Mn05Ni05)O2、Li^(Mn，Ni，Co)Lx02、LiFeP04、丫205或其混合物。20.權(quán)利要求1至15中任一項的裝置，其中所述陰極包含LiFeP04。21.權(quán)利要求1至15中任一項的裝置，其中所述陰極包含LiCo02o22.權(quán)利要求1至21中任一項的裝置，該裝置是電化學(xué)電池。23.權(quán)利要求1至21中任一項的裝置，該裝置是蓄電池。全文摘要具有摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)的固體離子電解質(zhì)可用于具有包含含Li材料的陽極的電化學(xué)裝置中，所述含Li材料具有在金屬鋰的約1.3V以內(nèi)的電化學(xué)電勢。公開了具有陰極、含Li材料的陽極、和固體離子電解質(zhì)的電化學(xué)裝置，所述含Li材料具有在金屬鋰的約1.3V以內(nèi)的電化學(xué)電勢，所述固體離子電解質(zhì)具有摻有離子鹽的中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)。這樣的裝置具有高的能量密度提供能力并兼具中性有機(jī)塑性晶體基質(zhì)例如丁二腈的有利性能。文檔編號C25B11/04GK101253650SQ200680031466公開日2008年8月27日申請日期2006年6月16日優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日發(fā)明者A·阿布梅拉尼,I·戴維森申請人:加拿大國家研究委員會