具有钼硫化物电极的蓄电池和方法技术

示出了具有金属硫化物电极和含铝电解质的蓄电池以及方法。在一个实例中，电解质包含一种或多种有机盐。在一个实例中，金属硫化物包括钼硫化物。在一个实例中，金属硫化物包括钛硫化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有钼硫化物电极的蓄电池和方法相关申请本申请要求2016年6月28日提交的题目为“具有铝负极和谢弗雷尔相(Chervelphase)钼硫化物正极的可再充电蓄电池”的美国临时专利申请号62/355,699的优先权，其通过引用整体结合在本文中。
本专利技术涉及蓄电池。
技术介绍
改进的蓄电池是希望的。可以被改进的蓄电池结构的一个实例是电极和电解质结构和材料选择。附图简述图1A-1B示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的SEM图像和XRD数据。图2A-2D示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的电化学数据。图3A-3D示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的表征数据。图4A-4B示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的额外表征数据。图5A-5C示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的电化学数据。图6示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的图像。图7A-7F示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的电化学数据。图8示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的化学分析数据。图9A-9C示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的晶体学模型。图10A-10B示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的电化学数据。图11示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的表面积数据。图12A-12D示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的表征数据。图13A-13C示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物材料的额外表征数据。图14A-14B示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的电化学数据。图15A-15D示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的额外电化学数据。图16A-16B示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的额外电化学数据。图17A-17D示出了根据本专利技术的实例的金属硫化物蓄电池的额外电化学数据。图18示出了根据本专利技术的实例的蓄电池。详细描述在以下详细描述中，参照了构成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了其中可以实施本专利技术的具体实施方案。在附图中，相似的标号在全部多个视图中描述基本相似的组成部分。充分详细地描述了这些实施方案以使本领域技术人员能够实施本专利技术。可以使用其他实施方案，并且可以进行结构或逻辑变化等而不背离本专利技术的范围。在锂化学范围之外的可再充电蓄电池中，基于铝(Al)的可再充电蓄电池是特别有前景的：Al不仅是地壳中最丰富的金属，而且还因其三价而具有引人注目的容量。迄今为止，在文献中对可再充电Al蓄电池仅存在少量研究。如在Li和Bjerrum的综述文章中总结的初期研究关注于从有机溶剂中确定Al离子电解质并且证明有潜力的阴极材料。然而，归因于在有机溶剂中迟缓的电化学Al沉积-溶解，这些早期尝试很少成功。另一方面，可以在由氯化铝(AlCl3)和有机盐如1-丁基氯化吡啶、1-乙基-3-甲基氯化咪唑、和1-丁基-3-甲基氯化咪唑([BMIm]Cl)组成的离子液体(IL)电解质中方便地实现可逆的电化学Al沉积-溶解。通过使用IL电解质，证实了铝-氯(Al-Cl2)可再充电蓄电池。尽管具有高放电电压(＞1.5V)、良好的容量、和循环稳定性，气态Cl2阴极是有问题的。此外，Cl2阴极首先通过充电由电解质的电解生成，这也是不合乎需要的。更近些时候，还报道了氧化钒、氟化石墨、氯铝酸盐掺杂的导电聚合物、和石墨碳作为在IL系电解质中相对于Al的阴极材料。不同于锂，归因于由Al阳离子所携带的三个正电荷引发的强库仑效应，向主体晶体结构中的电化学Al插入可能非常困难。因此，对于Al来说，过渡金属氧化物，即氧化物阴离子骨架可能不是理想的主体，这是因为它们对Al阳离子的强静电吸引。其可能阻碍Al阳离子在晶体中的填装的重新分配，因此阻止Al插入。另一方面，归因于其较大的原子半径，硫具有比氧低的电负性并且更加可极化。因此，在硫化物阴离子骨架中的填装重新分配应当优于氧化物。基于这个概念，我们在本研究中首次证实了在谢弗雷尔相钼硫化物(Mo6S8)中的可逆的电化学Al插入。Mo6S8具有由在硫阴离子立方晶胞内部的八面体Mo原子簇组成的堆叠的Mo6S8区块的独特晶体结构。已知存在两种类型能够容纳小阳离子如Li+、Cu+、和Mg2+的硫立方体之间的位置。14，15Aurbach和同事首先证实了Mo6S8作为用于可再充电镁离子蓄电池的阴极材料。16在本研究中，我们通过根据Kumta等和Liu等报道的工作改进的沉淀法合成了Mo6S8粒子。如在图1A中的扫描电子显微镜(SEM)图像中所示，粒子形状是立方体并且典型的粒度在1-2μm的范围内。图1B示出了X射线粉末衍射(XRD)图，其出色地符合不具有典型MoS2杂质的纯净Mo6S8标准品。在使用Al箔作为对电极/参比电极的CR2016纽扣电池中分析了在Mo6S8中的电化学Al插入。使用由摩尔比为1.5∶1的AlCl3和[BMIm]Cl的混合物组成的IL电解质。已经证实，仅能够在摩尔比＞1的AlCl3和IL组成的路易斯酸性电解质中实现可逆的Al沉积-溶解，并且在电解质中的电活性物种是[Al2Cl7]-阴离子。实际上，通过如在图4A-4B中所示的制备的AlCl3-[BMIm]Cl电解质实现了容易的Al沉积-溶解。在图2A-2D中给出了Mo6S8相对于Al的电化学表征的结果。首先在室温(图5A-5C)和50℃二者下进行循环伏安法(CV，扫描速率＝0.1mVs-1)。在这两个温度下的电化学特征基本上相同；然而，通过如在图2A中所示的不同形状的电流峰和变窄的氧化还原峰分离表明，高温明显改善了电化学反应动力学。因此，所给出的电化学研究均在50℃下进行。室温电化学表征作为在支持信息方面的比较示出。值得注意的是，AlCl3-[BMIm]Cl电解质的离子电导率在室温下为2.21×10-2Scm-1并且在50℃下为3.29×10-2Scm-1，对于容易的离子导电来说二者都是足够的。因此，在室温下的迟缓的动力学不可以归因于电解质的低电导率，而是可以归因于Mo6S8的大的粒度，即Al的长固态扩散通路。如在图2A中所示，相对于Al的Mo6S8的稳定化的CV扫描证实了在0.50和0.36V的阴极峰和在0.40和0.75V的两个相应的阳极峰，表明了在Mo6S8和Al之间的两步电化学反应。我们推测，这两对CV峰表示在/从Mo6S8中的两种不同位置中的Al插入/脱出，这通过在稍后部分中描述的晶体学研究确认。还观察到分别在第一扫描中的0.20V和在之后扫描中的0.26V的小的额外阴极峰。这个峰可能归因于处于研究中的不可逆的电解质分解。图2B描绘了在50℃下具有12mAg-1的电流密度的Al-Mo6S8纽扣电池在第1次、第2次、和20第次循环的代表性恒电流充电-放电(GCD)曲线。第一次放电曲线证实了在0.55和0.37V的两个不同的平稳期，其与在CV中的两个阴极峰一致。这两个放电平稳期还表明了由Al插入引发的两个相变过程。在第一次放电中的Al插入容量是148mAhg-1(基于Mo6S8的化学式重量)。然而，第一次充电容量仅为85mAhg-1。通过将放电平稳期的长度与相应的充电长度进行比较，显然插入的Al原子被部分截留在Mo6S8晶格中。此外，在第一次放电曲线中从0.75到0.55V的电压斜坡(可以归因于在相变之前的固溶体Al插入)在随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄电池，所述蓄电池包括：第一电极，所述第一电极包含钛硫化物；第二电极；和离子液体电解质，所述离子液体电解质与所述第一电极和所述第二电极二者接触，其中所述离子液体电解质包含铝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.28 US 62/355,6991.一种蓄电池，所述蓄电池包括：第一电极，所述第一电极包含钛硫化物；第二电极；和离子液体电解质，所述离子液体电解质与所述第一电极和所述第二电极二者接触，其中所述离子液体电解质包含铝。2.权利要求1所述的蓄电池，其中所述离子液体电解质包含有机盐。3.权利要求2所述的蓄电池，其中所述离子液体电解质包含AlCl3。4.权利要求1所述的蓄电池，其中所述离子液...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭居晨，耿林霄，
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