电解质组合物及包含其的金属离子电池制造技术

本揭露提供一种电解质组合物及包含其的金属离子电池。该电解质组合物包含：一金属氯化物；一具有式(I)所示结构的咪唑盐；一碱金族卤化物；以及，一含草酸根的硼酸盐。

Electrolyte composition and metal ion battery containing it

【技术实现步骤摘要】
电解质组合物及包含其的金属离子电池
本揭露关于电解质组合物及包含其的金属离子电池。
技术介绍
铝在地球上蕴藏量非常丰富，以铝作为材料的电子装置具有较低的成本。由于铝具有低可燃性及电子氧化还原性质，大幅提升金属离子电池在使用上的安全性。传统金属离子电池所使用的电解质组合物包含离子液体。以铝离子电池为例，某些铝离子电池采用氯化铝/咪唑氯盐作为电解质组合物。虽然传统使用氯化铝/咪唑氯盐的电解质组合物其具有良好的电化学可逆性，然而传统电解质组合物其操作电位偏低，使得能量密度和产品使用范围受到限制。此外，在传统电解质组合物中，氯化铝与咪唑氯盐的摩尔比例不小于1.3。如此一来，过量的氯化铝容易和环境中的水分子反应，造成电解质分解，而使电池的循环稳定性降低，导致在量产上受到限制。因此，业界需要一种新的电解质组合物，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电解质组合物，可基本上克服现有技术中的种种问题。根据本揭露实施例，本揭露提供一种电解质组合物。本揭露所述电解质组合物包含：一金属氯化物、一具有式(I)所示结构的咪唑盐、一碱金族卤化物、以及，一含草酸根的硼酸盐。其中，R1,R2,R3可独立为C1-8烷基、C2-8烯基、C2-8炔基、C1-8烷氧基、C2-8烷氧烷基、或C1-8氟烷基；以及，X-为F-、Cl-、Br-、或I-。该金属氯化物为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化铬、或上述的组合。根据本揭露实施例，本揭露提供一种金属离子电池。该金属离子电池可包含一正极、一隔离膜、一负极、以及上述电解质组合物。其中，该负极可以隔离膜与该正极相隔，且上述电解质组合物可设置于该正极与该负极之间。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的电解质组合物具备高导电性、稳定性、及氧化还原反应性，可提升包含该电解质组合物的金属离子电池的操作电位(放电中值电压可不小3.0V)、能量密度、循环稳定性、以及延长金属离子电池的循环寿命。附图说明图1是本揭露一实施例所述金属离子电池的示意图；其中，符号说明：10正极12负极14隔离膜20电解质组合物100金属离子电池。具体实施方式以下针对本揭露所述的电解质组合物及金属离子电池作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本揭露的不同样态。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单描述本揭露。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本揭露，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。且在图式中，实施例的形状、数量、或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，图式中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属
中具有通常知识者所知的形式，此外，特定的实施例仅为揭示本揭露使用的特定方式，其并非用以限定本揭露。本揭露提供一种电解质组合物及包含其的金属离子电池。根据本揭露实施例，本揭露所述电解质组合物包含金属氯化物并搭配特定结构的咪唑盐，且金属氯化物与咪唑盐的摩尔比是控制在一特定范围内。除了金属氯化物与咪唑盐外，本揭露所述电解质组合物还包含特定含量的碱金族卤化物与特定含量的含草酸根的硼酸盐。如此一来，本揭露所述电解质组合物具备高导电性、稳定性、及氧化还原反应性，可提升包含该电解质组合物的金属离子电池的操作电位(放电中值电压可不小3.0V)、能量密度、循环稳定性、以及延长金属离子电池的循环寿命。根据本揭露实施例，本揭露所述电解质组合物包含一金属氯化物、一具有式(I)所示结构的咪唑盐、一碱金族卤化物、以及一含草酸根的硼酸盐，其中，R1,R2,R3可独立为C1-8烷基、C2-8烯基、C2-8炔基、C1-8烷氧基、C2-8烷氧烷基、或C1-8氟烷基；以及，X-为F-、Cl-、Br-、或I-。根据本揭露实施例，该金属氯化物可为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化铬、或上述的组合。在此，本揭露所述的金属氯化物可为带不同正电价数金属的氯化物。举例来说，本揭露所述的氯化铝可为AlCl2、AlCl3、或其组合；氯化铜可为CuCl、CuCl2、或其组合；氯化铁可为FeCl2、FeCl3、或其组合；氯化铬可为CrCl2、CrCl3、或其组合；氯化锌可为ZnCl2、ZnCl4、或其组合；以及，氯化锰可为MnCl2、MnCl3、或其组合。根据本揭露实施例，C1-8烷基可为直链或分支(linearorbranched)链的烷基。举例来说，C1-8烷基可为甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、丁基(butyl)、戊基(pentyl)、己基(hexyl)、庚基(heptyl)、辛基(octyl)、或其异构体(isomer)。根据本揭露实施例，C2-8烯基可为直链或分支(linearorbranched)链的烯基。举例来说，C2-8烯基可为乙烯基(ethenyl)、丙烯基(propenyl)、丁烯基(butenyl)、戊烯基(pentenyl)、己烯基(hexenyl)、庚烯基(heptenyl)、辛烯基(octenyl)、或其异构体(isomer)。根据本揭露实施例，C2-8炔基可为直链或分支(linearorbranched)链的炔基。举例来说，C2-8炔基可为乙炔基(ethynyl)、丙炔基(propynyl)、丁炔基(butynyl)、戊炔基(pentynyl)、己炔基(hexynyl)、庚炔基(heptynyl)、辛炔基(octynyl)、或其异构体(isomer)。根据本揭露实施例，C1-8烷氧基可为直链或分支(linearorbranched)链的烷氧基。举例来说，C1-8烷氧基可为甲氧基(methoxy)、乙氧基(ethoxy)、丙氧基(propoxy)、丁氧基(butoxy)、戊氧基(pentoxy)、己氧基(hexoxy)、庚氧基(heptoxy)、辛氧基(octoxy)、或其异构体(isomer)。根据本揭露实施例，C2-8烷氧烷基可为直链或分支(linearorbranched)链的烷氧烷基。C2-8烷氧烷基可为甲氧甲基(methoxymethyl)、乙氧甲基(ethoxymethyl)、甲氧乙基(methoxyethyl)、丙氧甲基(propoxymethyl)、或其异构体(isomer)。根据本揭露实施例，C1-8氟烷基是指碳上的氢全部或部份被氟取代的烷基，且可为直链(linear)或分支键(branched)，例如氟甲基、氟乙基、氟丙基、或其异构体(isomer)。在此，本揭露所述氟甲基可为单氟甲基、二氟甲基、或全氟甲基，而氟乙基可为单氟乙基、二氟乙基、三氟乙基、四氟乙基、或全氟乙基。根据本揭露实施例，R1,R2,R3可独立为甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、丁基(butyl)、戊基(pentyl)、己基(hexyl)、庚基(he本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解质组合物，包含：/n金属氯化物，其中该金属氯化物为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化铬、或上述的组合；/n咪唑盐，具有式(I)所示结构/n

【技术特征摘要】
20181228 TW 107147656;20181127 US 62/771,7161.一种电解质组合物，包含：
金属氯化物，其中该金属氯化物为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化铬、或上述的组合；
咪唑盐，具有式(I)所示结构



其中R1,R2,R3是独立为C1-8烷基、C2-8烯基、C2-8炔基、C1-8烷氧基、C2-8烷氧烷基、或C1-8氟烷基；以及，X-为F-,Cl-,Br-,或I-；
碱金族卤化物；以及
含草酸根的硼酸盐。


2.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该金属氯化物与该咪唑盐的摩尔比值是1.05至1.2。


3.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该咪唑盐是其中R1是C1-8烷基、C2-8烯基、C2-8炔基、C1-8烷氧基、C2-8烷氧烷基、或C1-8氟烷基；以及，X-为F-,Cl-,Br-,或I-。


4.如权利要求3所述的电解质组合物，其中该咪唑盐是1,2-二甲基-3-丙基咪唑氯盐、1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐、1,2-二甲基-3-丙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-丙基咪唑氟盐、1,2-二甲基-3-丁基咪唑氯盐、1,2-二甲基-3-丁基咪唑碘盐、1,2-二甲基-3-丁基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-丁基咪唑氟盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑碘盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氟盐、或上述的组合。


5.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该碱金族卤化物是氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化铯、氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化铷、溴化铯、碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铷、碘化铯、或上述的组合。


6.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该碱金族卤化物的重量与金属氯化物及咪唑盐的总重之比为1:100至6:100。


7.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该含草酸根的硼酸盐是其中R4及R5是卤素，或R4及R5构成草酸根以及，M+是Li+或Na+。


8....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄筱雯，许峻综，张哲维，潘秉毅，江建志，杨昌中，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71