用于可再充电镁离子电池的铟-锡二元阳极制造技术

可再充电镁离子蓄电池包括第一电极，第二电极，和在第一电极与第二电极之间的电解质层。该电解质包括镁离子源，例如镁盐。第一电极包括活性材料，该活性材料包括铟和锡例如作为铟和锡的固溶体或金属间化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】可再充电镁离子蓄电池包括第一电极，第二电极，和在第一电极与第二电极之间的电解质层。该电解质包括镁离子源，例如镁盐。第一电极包括活性材料，该活性材料包括铟和锡例如作为铟和锡的固溶体或金属间化合物。【专利说明】用于可再充电镁离子电池的铟-锡二元阳极 本申请要求2012年5月29日提交的美国专利申请序列号13/482,643的优先权， 其全部内容在此通过引用全部引入本文。 专利
本专利技术涉及可再充电镁离子蓄电池。
技术介绍
已发现锂离子蓄电池具有广泛的应用。然而，具有较高的体积能量密度的改进的 蓄电池可允许在各种应用，其中包括机动车中进一步使用蓄电池。 专利技术概述 本专利技术的实例包括具有第一电极和第二电极的镁离子（Mg2+)可再充电的（二次） 蓄电池。在一些实例中，第一电极具有含铟（In)和锡（Sn)的活性材料作为In-Sn二元活 性材料，例如铟-锡（In-Sn)金属间化合物。第一电极可以是阳极，或者蓄电池放电用负电 极。本专利技术的实例包括在可再充电镁离子电池中使用的具有改进的Mg离子插入/提取电 压的高容量的In-Sn二元阳极材料，充当镁离子（Mg离子，或Mg 2+)主体（host)材料的二元 阳极材料。 镁离子蓄电池的实例包括阳极载体，阳极，电解质层，阴极，和阴极载体。阳极和阴 极载体可包括金属，且可以是蓄电池外壳的一部分并允许与蓄电池外部电接触。在一些实 例中，阳极和阴极载体也可以是蓄电池终端。可使用In和Sn，例如使用溅射或任何其他合 适的沉积方法，制造阳极。在一些实例中，可在蓄电池阳极终端上，直接形成阳极活性材料， 该终端的外表面提供蓄电池的电接触，和该终端的内表面充当活性材料沉积在其上的阳极 载体。 本专利技术的实例包括高能量密度的In-Sn阳极活性材料，它兼有铟（In)的低Mg2+ 插入/提取电压以及锡（Sn)的优异容量以用在可再充电镁离子蓄电池，充当Mg2+主体材 料的二元阳极活性材料。在一些实例中，当该活性材料处于充电状态时，活性材料包括铟 和锡的金属结合物，和当该活性材料处于放电状态时，包括铟-镁化合物，锡-镁化合物和 铟-锡-镁金属间化合物。 阳极的实例包括In-Sn二元合金，例如一种在另一种内的固溶体。阳极可包括In 和/或Sn的团块或区域，例如含In和Sn纳米颗粒的混合物的阳极，例如In-Sn二元混合 物。在一些实例中，阳极活性材料包括In-Sn金属间化合物，例如I ni_xSnx形式。在一些实 例中，金属间化合物可能不是精确化学计量的，或具有长程的结晶性能，但可近似于这一材 料。 蓄电池的实例具有在第一和第二电极之间，即在阳极和阴极之间的电解质层。电 解质层可包括镁离子源（Mg 2+)，例如镁化合物，尤其是镁盐。可将镁化合物溶解在非水性溶 齐U，例如有机溶剂，例如四氢呋喃（THF)中。抗衡离子可以是三氟甲磺酰亚胺（TSFD，高氯 酸盐（C1CV)，六氟磷酸盐（PF〇，或其他抗衡离子，优选具有高度氧化稳定性的抗衡离子。 在其他实例中，电解质包括在离子液体内的镁离子，例如作为在离子液体（或熔融盐）内的 离子镁化合物的溶液。 在一些实例中，电解质层可包括分隔体，例如聚合物分隔体，以防止阳极和阴极之 间的物理和电接触。在一些实例中，电解质层可包括可传导镁离子的聚合物离子传导层。 本专利技术的实例包括在放电循环过程中，通过形成完全镁化的In-sn相，能经历插 入/提取Mg 2+的铟（In)-锡（Sn)二元阳极。改进的阳极活性材料兼有采用In阳极观察到 的低的插入/提取电压与在改进的阳极活性材料内部采用Sn阳极观察到的高容量。阳极 的实例包括二元阳极材料，其中包括In和Sn作为活性材料，以及低的Mg 2+插入/提取电压 和高容量以用在可再充电镁离子蓄电池中。二元阳极材料充当Mg2+主体材料。在一些实例 中，阳极活性材料是In-Sn金属间化合物。 制备镁离子蓄电池的方法包括在电极载体上共沉积In和Sn，以便形成含In和 Sn，例如In和Sn的二元组合的阳极活性材料。阳极可包括In-Sn的金属间膜，例如其组成 为Ini_ xSnx，其中0>χ>1。进一步地，该膜可用作含电解质和阴极的改进的镁离子蓄电池的阳 极组件，以便形成镁离子蓄电池。 可再充电镁离子蓄电池的操作方法包括：提供蓄电池，所述蓄电池包括具有活性 材料的第一电极，第二电极，和位于第一电极与第二电极之间的电解质，该电解质包括镁离 子源，例如镁盐。该活性材料包括铟和锡。在可再充电蓄电池的操作过程中，活性材料允许 镁离子的插入和提取，其中镁离子的插入包括形成完全镁化的铟化合物和完全镁化的锡化 合物。该阳极活性材料可包括铟和锡的二元混合物，例如二元固溶体和/或具有长程晶体 有序的二元金属间化合物。 二元In-sn阳极活性材料的形成允许阳极拥有Sn的高容量和低极化，以及In的 低Mg 2+插入/提取电势。这一方法是将两种单独的阳极材料（在这一情况下，In和Sn)的 优点结合到含In和Sn的阳极活性材料内的一种新方式。 操作镁离子蓄电池的改进方法包括提供含In和Sn的阳极，含镁离子的电解质，和 阴极，并通过在阳极内储存镁离子，获得电能。镁离子的储存可包括形成In和Sn的镁化化 合物，在一些实例中，这两种金属任一种或二者的完全镁化的化合物。 附图简述 图1示出了例举的镁离子蓄电池。 图2A-2C阐述了在In-Sn膜内镁离子的插入和提取，这些图示出了对于不同组成 的三种沉积状态的InSn膜来说的第一 Mg2+插入/提取循环。 图3示出了沉积状态的In-Sn膜的X-射线衍射（XRD)，它强调了固溶体相的形成。 插图更详细地示出了一部分图谱，从而强调了某些相的形成。 图4示出了 In-Sn的相图，显示了在各种沉积条件下，在In和Sn之间形成各种固 溶体。 图5是简化的示意图，它阐述了可如何改变Ini_xSn x的组成，以视需要而获得在容 量或电压方面的不同的相对优势。 专利技术详述 本专利技术的实例包括镁离子（Mg离子）蓄电池，它具有含铟（In)和锡（Sn)的二元混 合物的电极。例如，电极可包括二元组合中的In和Sn，例如金属间化合物，如组成为I ni_xSnx 的金属间化合物，其中〇〈x〈l。在一些实例中，阳极活性材料包括In区和Sn区，在一些情 况下，以及一种或多种金属间的In-Sn化合物。在二元组合中，In:Sn的原子比范围可以是 In: Sn 1:99到99:1，例如10:90到90:10,鉴于Sn的较高容量和In的较低Mg2+插入电压 之间的所需平衡来选择电极活性材料的原子比和因此组成。 改进的镁离子蓄电池中的电极包括单独地充当电极活性材料的两种材料。该组合 允许单一电极例如阳极以提供与每一单独成分物质有关的优势。含In和Sn例如作为二元 合金和/或金属间化合物的电极活性材料，以受控的方式允许蓄电池容量和Mg 2+插入/提 取电压权衡。与其中使用单一物质的电极活性材料的常规蓄电池相比，这给出显著的优势。 可再充电Mg离子蓄电池显示出作为高能蓄电池系统的前景，这是因为通过对于 每一镁离子，两个电子转移可获得的高容量密度。Mg金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，该装置可再充电蓄电池，包含：包括活性材料的第一电极；第二电极；位于第一电极和第二电极之间的电解质，该电解质包括镁离子，该活性材料包括铟和锡的二元组合，在操作可再充电蓄电池的过程中，该活性材料允许镁离子的插入和提取，将镁离子插入到活性材料内包括形成镁化的铟化合物和镁化的锡化合物，该装置是可再充电镁离子蓄电池，第一电极是阳极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·辛格，松井雅树，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US