用于鎂可再充電電池的電解質(zhì)及其制備方法
【專利說明】用于鎮(zhèn)可再充電電池的電解質(zhì)及其制備方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)美國法典第35卷第119節(jié)要求于2014年7月25日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 提交的韓國專利申請(qǐng)No. 10-2014-0094856的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及用于儀可再充電電池的電解質(zhì)溶液W及用于制備所述電解質(zhì)的方法， 所述電解質(zhì)溶液在高電壓區(qū)是電化學(xué)穩(wěn)定的并且具有改善的離子傳導(dǎo)率。
【背景技術(shù)】
[0004] 眾所周知，采用裡金屬的傳統(tǒng)裡電池遭受了電解質(zhì)系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)性裡陽極的許多寄 生反應(yīng)（parasiticreaction)，運(yùn)在其安全性方面造成了數(shù)個(gè)關(guān)鍵問題。此外，因?yàn)檠e作為 自然資源相對(duì)少見，所W其被稱為貴重元素。特別地，隨著最近對(duì)中等規(guī)模和大規(guī)模應(yīng)用如 電動(dòng)車輛和ESS的需求不斷增加，可再充電裡電池的安全性和成本問題成為應(yīng)當(dāng)被考慮的 主要因素之一并且被認(rèn)為是中等規(guī)模/大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。 陽0化]為了試圖解決運(yùn)些問題，最近已提出了使用金屬儀作為電極活性材料的儀可再充 電電池作為可再充電裡電池的替代品。儀可再充電電池通過來自作為電極（具體為陽極） 的儀板的儀離子嵌入陰極活性材料中/從陰極活性材料中脫嵌期間的電子遷移而工作。儀 具有與裡相似的理論容量并且是環(huán)境友好的。儀比裡便宜得多并且在電池安全性方面比裡 更優(yōu)異。由于運(yùn)些優(yōu)點(diǎn)，所W儀可再充電電池作為可再充電裡電池的潛在替代品已受到相 當(dāng)多的關(guān)注。
[0006] 先前對(duì)開發(fā)用于儀充電電池的電解質(zhì)系統(tǒng)的研究都集中于在電極上顯示出可逆 儀沉積和溶解行為的格氏溶液（Grignardsolution)(烷基面化儀，RM姑，R=烷基，X=面 素）。然而，格氏溶液具有較低的離子傳導(dǎo)率，導(dǎo)致電池的充電/放電倍率較低，限制了電池 性能。因此，需要根本改進(jìn)W開發(fā)比現(xiàn)有電池更具競(jìng)爭(zhēng)力的儀可再充電電池和儀混合電池。 陽007] 儀金屬因其高的每單位質(zhì)量和體積的能量密度（分別為2205Ah/kg，3833Ah/L)而 是很有前景的電池陽極材料。特別地，儀是豐富的自然資源并且易于處理。此外，使用儀作 為陽極材料防止了在充電和放電期間在電極表面上形成枝晶。由于運(yùn)些原因，所W儀電池 在安全性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面優(yōu)異。在運(yùn)方面，儀電池作為用于電能存儲(chǔ)和電動(dòng)車輛的中型 和大型電池系統(tǒng)受到了大量關(guān)注，其市場(chǎng)有望在不久的將來得到擴(kuò)展。
[0008] 雖然儀可再充電電池屬于具有最高理論能量密度的電池系統(tǒng)之一，僅次于裡電 池，但是T.Grego巧等在20世紀(jì)90年代才首次對(duì)儀可再充電電池進(jìn)行了認(rèn)真研究。然 而，在該報(bào)道之后的十多年中，對(duì)儀電池的報(bào)道很少。在21世紀(jì)前十年，己伊蘭大學(xué)的 化Aurbach小組開發(fā)了謝夫爾相煙levrel-地ase)陰極活性材料W確?？赡嫘?。從那時(shí)起， 儀電池作為可再充電裡電池有前景的替代品，因其能夠解決裡電池安全性和價(jià)格問題而再 次開始引起廣泛關(guān)注。然而，迄今為止已開發(fā)的儀再充電電池的能量密度是裡離子電池的 一半或更少。在運(yùn)些情況下，迫切需要開發(fā)新的陰極活性材料、電解質(zhì)材料和集電體。
[0009] 特別地，對(duì)于儀金屬在負(fù)電極上的可逆沉積和溶解、Mg2+離子向陰極材料的可逆嵌 入和脫嵌W及固相內(nèi)Mg2+離子的擴(kuò)散，存在著許多挑戰(zhàn)。運(yùn)些挑戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵解決方案是 開發(fā)對(duì)陰極和陽極都適用的新電解質(zhì)。
[0010] 陰極活性材料和電解質(zhì)是儀電池開發(fā)中的兩個(gè)主要研究領(lǐng)域。在陰極活性材料的 領(lǐng)域中，正在研究多種化合物如金屬-硫化合物、有機(jī)硫化合物、金屬氧化物和金屬娃酸鹽 化合物，W實(shí)現(xiàn)高的每單位重量的可逆容量和增強(qiáng)的可逆性。然而，運(yùn)些化合物的性能仍然 不令人滿意。在目前的技術(shù)水平下，僅陰極活性材料如謝夫爾相MoeSs和MoeSes顯示出適合 于商品化的電池性能。
[0011] 在電解質(zhì)的領(lǐng)域中，大多數(shù)研究都集中在對(duì)儀陽極可逆的格氏溶液。近年來，已 報(bào)道了一些儀材料（包括侶酸儀）表現(xiàn)出優(yōu)良的性能特征。然而，能夠可逆地沉積和溶解 儀的格氏電解質(zhì)因其高還原力而與常規(guī)陰極材料非常容易反應(yīng)，使得其不能實(shí)際應(yīng)用于電 池。相反地，基于溶解在有機(jī)溶劑中的儀鹽的能夠使Mg2+離子可逆地嵌入陰極材料中/從 陰極材料中脫嵌的傳統(tǒng)電解質(zhì)，在儀陽極的表面上形成厚的純化膜，阻礙了金屬的可逆沉 積和溶解。
[0012] 松下電器產(chǎn)業(yè)有限公司（MatsushitaElectricIndustrialCo.，Ltd)的美國專 利No.6, 713, 213提出了一種非水性儀可再充電電池，其包括可再充電正極、非水性電解質(zhì) 和可再充電負(fù)極，其中所述非水性電解質(zhì)包含由M姑表示的含面素有機(jī)儀化合物。
[0013] 索尼的日本專利公開No. 2007-188709提出了一種電化學(xué)裝置，其具有第一電 極、第二電極和電解質(zhì)，其中第二電極的活性材料因氧化而形成儀離子并且電解質(zhì)是由 M姑（其中R是烷基或芳基，X是氣、氯或漠）表示的格氏溶液和有機(jī)金屬化合物或鹽（而 不是儀鹽）的混合物。
[0014] 然而，運(yùn)些電解質(zhì)具有在高電勢(shì)區(qū)的差的電化學(xué)穩(wěn)定性并且低的離子傳導(dǎo)率，而 且所述電池和所述裝置在高電壓下具有低的充電/放電速率，限制了其性能。因此，需要進(jìn) 一步改進(jìn)W開發(fā)比現(xiàn)有電池更具競(jìng)爭(zhēng)力的高電壓儀電池和儀混合電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于儀可再充電電池的新的電解質(zhì)，其在高電勢(shì)區(qū)是高 度電化學(xué)穩(wěn)定的并且同時(shí)具有高離子傳導(dǎo)率。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備用于儀可再充電電池的電解質(zhì)的方法，所述電解 質(zhì)在高電勢(shì)區(qū)是高度電化學(xué)穩(wěn)定的。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供包括所述電解質(zhì)的儀可再充電電池和可充電儀混合 電池，所述電解質(zhì)具有在高電勢(shì)區(qū)優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性和高離子傳導(dǎo)率。
[0018] 本發(fā)明的一個(gè)方面設(shè)及用于儀電池的電解質(zhì)，其包含金屬氯化物鹽、儀離子和有 機(jī)溶劑。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面設(shè)及用于儀電池的電解質(zhì)，其包含金屬氯化物鹽、儀離子、有 機(jī)溶劑和由式1表示的化合物：
[0020]
[0021] 本發(fā)明的另一個(gè)方面設(shè)及制備用于儀可再充電電池的電解質(zhì)的方法，其包括：(a) 將儀粉添加到有機(jī)溶劑中金屬氯化物鹽的溶液中W獲得第一溶液。
[0022] 本發(fā)明的又一個(gè)方面設(shè)及包括根據(jù)示例性實(shí)施方案中任一個(gè)的電解質(zhì)的儀可再 充電電池。
[0023] 與包括基于格氏溶液的儀鹽的常規(guī)電解質(zhì)相比，根據(jù)本發(fā)明的具有大電化學(xué)窗口 的用于儀可再充電電池的電解質(zhì)溶液在高電勢(shì)區(qū)是高度電化學(xué)穩(wěn)定的并且具有高的離子 傳導(dǎo)率。此外，本發(fā)明的電解質(zhì)在陰極和陽極處均不引起副反應(yīng)，使得電池的充電/放電效 率能夠達(dá)到100%的水平。此外，與采用常規(guī)電解質(zhì)的電池相比，本發(fā)明的電解質(zhì)可用于制 造具有更高放電容量、更長(zhǎng)循環(huán)壽命和更好的高倍率能力的高性能儀可再充電電池。因此， 本發(fā)明的電解質(zhì)適用于高電壓儀充電電池和儀混合電池。 陽024] 本發(fā)明的電解質(zhì)與常規(guī)電解質(zhì)相比具有更高的離子傳導(dǎo)率并表現(xiàn)出更好的電化 學(xué)穩(wěn)定性。在本發(fā)明的電解質(zhì)中Mg2+鹽的離解度比在常規(guī)電解質(zhì)中高。本發(fā)明的電解質(zhì)可 用于制造具有顯著較高的可逆容量、倍率能力和循環(huán)壽命性能的儀可再充電電池和儀混合 電池。特別地，