电化学能量储存装置制造方法及图纸

技术编号:20596573 阅读:24 留言:0更新日期:2019-03-16 12:10
电化学能量储存装置利用离子导电电解质溶液在正电极与负电极之间承载电荷。所述电解质溶液使用溶剂和盐以及另外的组分或添加剂的混合物改善所述装置的电化学稳定性。在示例性实施例中,一种电化学装置包含:电解质;和壳体,其向所述电解质提供加压条件;以及电极,其与所述电解质接触。

Electrochemical energy storage device

The electrochemical energy storage device uses ionic conductive electrolyte solution to carry charges between positive and negative electrodes. The electrolyte solution improves the electrochemical stability of the device by using a mixture of solvent and salt and other components or additives. In an exemplary embodiment, an electrochemical device includes: an electrolyte; a housing that provides a pressure condition for the electrolyte; and an electrode that contacts the electrolyte.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学能量储存装置相关申请的交叉引用此专利文件要求2016年5月27日提交的名称为“新型电化学能量储存装置(NOVELELECTROCHEMICALENERGYSTORAGEDEVICE)”的美国临时专利申请号62/342,838的优先权和权益。上述专利申请的全部内容通过引用结合在此作为本专利文件的公开内容的一部分。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是在美国能源部高级能源研究计划署(ARPA-E)授予的授权DE-AR0000646的政府支持下完成的。政府对本专利技术具有某些权利。
技术实现思路
在示例性实施例中,公开了一种电化学装置。所述电化学装置包括:离子导电电解质,其包括一种或多种盐和一种或多种压缩气体溶剂的溶液,其中每种压缩气体溶剂处于仅液相以及组合气相和液相之一,并且其中所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液在室温下的蒸气压高于大气压;壳体,其封闭所述离子导电电解质并且被构造成向所述一种或多种盐和所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液提供加压条件;以及一对电极,其与所述离子导电电解质接触。在所述示例性电化学装置中,所述压缩气体溶剂包含以下中的一种或多种:氟代甲烷、二氟甲烷、氟代乙烷、二氟甲烷、氯甲烷、氯乙烷、二氧化碳、四氟乙烷、二氟乙烷和二氟氯甲烷。在所述示例性电化学装置中,所述一种或多种盐包含以下中的一种或多种:双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、四镓铝酸锂、双(氟代磺酰基)酰亚胺锂、氟化铝锂、六氟砷酸锂、氯铝酸锂、氯钛酸锂、六氟钛酸锂、四溴铝酸锂、四氯硼酸锂、四氟硼酸锂、四氯铝酸锂、六氟磷酸钠和六氟磷酸镁。在所述示例性实施例中,所述电化学装置进一步包括另外的气态电解质,所述气态电解质包含以下中的一种或多种:二氧化硫、二硫化碳、氧气、氮气和氨气。在所述示例性电化学装置中,所述一对电极中的至少一个由锂、钠、镁、钾、硫和氧中的任何一种构成。在另一个示例性实施例中,一种电化学装置包括:离子导电阴极电解质,其包括一种或多种盐和一种或多种压缩气体阴极电解质的溶液,其中每种压缩气体阴极电解质处于仅液相以及组合气相和液相之一,并且其中所述一种或多种压缩气体阴极电解质的所述溶液在室温下的蒸气压高于大气压;壳体,其封闭所述离子导电阴极电解质并且被构造成向一种或多种盐和所述一种或多种压缩气体阴极电解质的溶液提供加压条件;以及阳极电极和阴极集电器,其与所述离子导电阴极电解质接触。在所述示例性电化学装置中,所述压缩气体阴极电解质包含以下中的一种或多种:亚硫酰氟、亚硫酰氯氟化物、磷酰氟、磷酰氯氟化物、硫酰氟和硫酰氯氟化物。在所述示例性电化学装置中,其中所述一种或多种盐包含以下中的一种或多种:双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、四镓铝酸锂、双(氟代磺酰基)酰亚胺锂、氟化铝锂、六氟砷酸锂、氯铝酸锂、氯钛酸锂、六氟钛酸锂、四溴铝酸锂、四氯硼酸锂、四氟硼酸锂、四氯铝酸锂、六氟磷酸钠和六氟磷酸镁。在所述示例性实施例中,所述电化学装置进一步包括添加剂,所述添加剂包含以下中的一种或多种:氯化锂、氟化锂、氟化钠、氯化钠、氯化溴、氟化溴、氯化物和氟化物。在所述示例性电化学装置中,所述阳极由以下中的一种或多种构成:锂、钠、钙、镁、铝、铁、锌、镉、铅。在所述示例性电化学装置中,所述阴极集电器由以下中的一种或多种构成:活性炭、炭黑和碳纳米管。还公开了一种形成液化气体电解质溶液的示例性方法。所述示例性方法包括:将预定称量的盐加载到电池单元中,其中所述预定称量的盐取决于所述盐的浓度和压缩气体溶剂的体积;将所述电池单元冷却到第一温度,所述第一温度低于所述压缩气体溶剂的来源的第二温度;从所述来源蒸发受控量的所述压缩气体溶剂并且将所述压缩气体溶剂冷凝到所述电池单元中;以及密封关闭所述电池单元。在所述形成液化气体电解质溶液的示例性方法中,所述冷凝操作是使用质量流量控制器和质量流量计之一、通过连接到所述电池单元的管来执行的。在所述形成液化气体电解质溶液的所述示例性方法中,所述密封关闭操作是使用阀、插塞和焊接盖中的任何一个来执行的。
技术介绍
此专利文献涉及电化学材料和电化学能量储存装置。附图说明图1示出了浸渍在氟代甲烷中的锂金属的示例性光学图像,其中各种电解质添加剂组分以较小的重量百分比浸渍五天。图2示出了具有锂金属阳极的锂钴氧化物(LiCoO2)阴极的示例性电化学性能,所述锂金属阳极具有由0.2摩尔(M)双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)以氟代甲烷:二氧化碳的重量比为9:1构成的电解质。图3示出了示例性锂|锂对称电池单元,使用0.2M双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)盐在19:1氟代甲烷:CO2溶剂中以电流密度为1mA/cm2循环。图4示出了由于电池单元压力的增加导致的示例性电解质的电导率的增加。图5示出了示例性电化学装置。图6示出了另一个示例性电化学装置。图7示出了锂金属LiCoO2电池单元的电化学阻抗谱。图8A到图8D示出了液化气体溶剂的物理和化学性质。图9A到图9D示出了液化气体电解质的温度下的电解电导率。图10A到图10C示出了二氟甲烷的电化学稳定性及其在电化学电容器中的用途。图11A到图11F示出了氟代甲烷和二氧化碳的电化学稳定性及其在锂电池中的用途。图12A到图12E示出了XPS光谱和计算的锂金属表面产物的百分比组成。图13A到图13C示出了XPS光谱和计算的LiCoO2电极的百分比组成。图14示出了液化气体溶剂的电离电势和电子亲和力。图15示出了液化气体溶剂的粘度。图16示出了二氟甲烷基电解质的电导率。图17示出了电化学电容器性能。图18示出了浸没在液化气体溶剂中后锂金属的光学图像。图19示出了浸没在液化气体溶剂中后锂金属的XRD谱。图20示出了浸没在液化气体溶剂中后锂金属的FTIR谱。图21示出了氟代甲烷的电化学稳定性。图22示出了常规液体电解质中的锂电镀和剥离的SEM图像。具体实施方式在说明书中,章节标题用于提高可读性,并且不将所描述的实施例的特征和范围限制于特定部分。在此文献中,术语“示例性”用于表示“实例”,并且除非另有说明,否则并不意味着所描述的特征以任何方式是理想的或优选的。如电池和双层电容器等电化学能量储存装置利用离子导电电解质溶液在正电极与负电极之间承载电荷。所述电解质溶液使用一定量的溶剂和盐以及另外的组分或添加剂的混合物改善所述装置的电化学稳定性。常用组分包含碳酸乙烯酯、氟代碳酸亚乙酯、双(草酸根)合硼酸锂等。这些添加剂有助于电极的表面改性、安全性方面或其它有用的方式。电解质组分通常在超温下和通常通过装置操作遇到的内部装置压力下是液体或固体。在这种温度和压力下为气态的一些如二氧化碳等组分可以通过鼓入溶液中以少量添加到电解质溶液中以使气体组分饱和溶液,然而,由于溶解度有限,所述量限于<1wt%。电化学电池的能量密度与操作电压和容量成比例。电池装置的容量取决于阳极电极和阴极电极的容量。最常见的是,阳极和阴极都由固态材料制成;然而,一些基于液体的电极或阴极电解质也已经用于原电池装置中。使用液体阴极电解质作为电池电极的一个好处是其比典型的固态电极的容量高得多。当集电器的表面(通常是高表面积碳)通过反应产物电绝缘或离子绝缘时,这些类型的原电池通常达到使用寿命。通常发现本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电化学装置,其包括:离子导电电解质,其包括一种或多种盐和一种或多种压缩气体溶剂的溶液,其中每种压缩气体溶剂处于仅液相以及组合气相和液相之一,并且其中所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液在室温下的蒸气压高于大气压;壳体,其封闭所述离子导电电解质并且被构造成向所述一种或多种盐和所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液提供加压条件;以及一对电极,其与所述离子导电电解质接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.27 US 62/342,8381.一种电化学装置,其包括:离子导电电解质,其包括一种或多种盐和一种或多种压缩气体溶剂的溶液,其中每种压缩气体溶剂处于仅液相以及组合气相和液相之一,并且其中所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液在室温下的蒸气压高于大气压;壳体,其封闭所述离子导电电解质并且被构造成向所述一种或多种盐和所述一种或多种压缩气体溶剂的溶液提供加压条件;以及一对电极,其与所述离子导电电解质接触。2.根据权利要求1所述的电化学装置,其中所述压缩气体溶剂包含以下中的一种或多种:氟代甲烷、二氟甲烷、氟代乙烷、二氟甲烷、氯甲烷、氯乙烷、二氧化碳、四氟乙烷、二氟乙烷和二氟氯甲烷。3.根据权利要求1所述的电化学装置,其中所述一种或多种盐包含以下中的一种或多种:双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、四镓铝酸锂、双(氟代磺酰基)酰亚胺锂、氟化铝锂、六氟砷酸锂、氯铝酸锂、氯钛酸锂、六氟钛酸锂、四溴铝酸锂、四氯硼酸锂、四氟硼酸锂、四氯铝酸锂、六氟磷酸钠和六氟磷酸镁。4.根据权利要求1所述的电化学装置,其进一步包括另外的气态电解质,所述气态电解质包含以下中的一种或多种:二氧化硫、二硫化碳、氧气、氮气和氨气。5.根据权利要求1所述的电化学装置,其中所述一对电极中的至少一个由锂、钠、镁、钾、硫和氧中的任何一种构成。6.一种电化学装置,其包括:离子导电阴极电解质,其包括一种或多种盐和一种或多种压缩气体阴极电解质的溶液,其中每种压缩气体阴极电解质处于仅液相以及组合气相和液相之一,并且其中所述一种或多种压缩气体阴极电解质的所述溶液在室温下的蒸气压高于大气压;壳体,其封闭所述离子导电阴极电解质并且被构造成向一种或多种盐和...

【专利技术属性】
技术研发人员:赛勒斯·拉斯托姆基英·雪莉·孟杨阳雨辰
申请(专利权)人:加利福尼亚大学董事会
类型:发明
国别省市:美国,US

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