可再充电的金属卤化物电池制造技术

一种电池，包括：阳极；电解液，所述电解液包含：氧化气体；用作活性阴极材料的金属卤化物；以及包括腈化合物的溶剂；以及接触所述阴极材料的集电器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可再充电的金属卤化物电池
技术介绍
本专利技术涉及可再充电电池。可再充电电池在广泛的应用中被用作电源。例如，可再充电电池经常用于工业装置、医疗装置、电子装置、电动车辆和电网能量存储系统等。电池技术持续发展以实现更高的能量密度和更高的效率，从而允许使用电池作为电源用于另外的应用。对高比容量和比能的需要导致了对各种金属元素电池的研究。诸如锂镍钴锰氧化物(NMC)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、锂钴氧化物(LCO)、磷酸铁锂(LFP)等的阴极材料具有相对低的能量密度并且可能是昂贵的。由于一些阴极材料的这些性质，已经研究了将气体如硫、氧、空气和其它用作活性阴极材料。由于锂元素的低原子序数、低密度和高还原能力，用锂-氧、锂-空气和锂与含氧的其它气体混合物制成的电池已经具有吸引力。此外，锂氧电池可能潜在地具有比常规锂离子电池大三至五倍的理论比能量。包括硫、氧、空气或其它气体作为活性阴极材料的一些电池具有低循环能力、低功率密度或两者。例如，这种电池可能相对不稳定和/或发生寄生反应，这可能导致电化学不可逆的碳酸盐副产物，例如由于电解液分解或碳表面氧化，其降低电池的可循环性和/或功率密度。
技术实现思路
根据本专利技术，现在提供一种具有电解液的电池，所述电解液包括氧化气体、金属卤化物和包括腈化合物的溶剂。电池可具有相对快的充电速率、高能量效率、高功率密度和良好的循环性能中的一种或多种。电解液可以比其它电解液更具成本效益。在一个方面，本专利技术涉及一种电池，其包括：阳极；电解液，所述电解液包含：氧化气体；用作活性阴极材料的金属卤化物；以及包括腈化合物的溶剂，其中该氧化气体和该金属卤化物溶解在溶剂中，并且其中该电解液与该阳极接触；以及接触该阴极材料的集电器。在另一方面，本专利技术涉及一种电池，包括：(a)阳极，其：(i)在充电期间从液体电解液中吸收金属离子，以及(ii)在放电期间将所述离子释放到所述液体电解液中，所述液体电解液包含：(i)含有至少一个腈基的溶剂，以及(ii)溶解在所述溶剂中的氧化气体，和(iii)溶解在所述溶剂中的金属卤化物，其中所述金属卤化物用作所述电池的阴极；(b)接触所述阳极的固体电解液中间相(SEI)层，所述SEI层包含所述金属的氧化物；以及(c)包括导电多孔材料的集电器，其中所述集电器接触所述阴极。在又一方面，本专利技术涉及一种形成电池的方法，包括：将金属卤化物溶解在包括腈的溶剂中以形成溶液；用所述溶液浸泡分离器；堆叠阳极、用所述溶液浸泡的所述隔板和集电器，其中所述堆叠包括将所述隔板放置在所述阳极和所述集电器之间；以及将氧化气体引入到堆叠的阳极、隔板和集电器以形成电池，其中所述电池包括：阳极，电解液，所述电解液包括：氧化气体、用作活性阴极材料的金属卤化物以及包括腈化合物的溶剂；以及接触所述阴极材料的集电器。附图和下面的描述中阐述了本专利技术的一个或多个示例的细节。本专利技术的其它特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。附图说明图1是示出包括阳极、电解液、集电器和隔板的示例电池的概念图。图2是说明封闭单元内的图1的实例电池的概念图。图3是说明用于制造电池的示例技术的流程图。图4A-4D是说明具有电解液的电池单元的伽伐尼循环行为的图，所述电解液包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的3-甲氧基丙腈(MPN)、和作为氧化气体的氧气，分别在1mA/cm2、2mA/cm2和5mA/cm2的电流密度下，1mAh/cm2的有限容量和2mAh/cm2的有限容量。图5是示出对于具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN和作为氧化气体的氧气的电解液的电池组电池，在0.5mAh/cm2容量下的工作放电电压和面功率密度对施加电流密度的曲线图。图6是示出了具有电解液的电池单元的比容量的曲线图，所述电解液包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN、以及作为氧化气体的氧气，在5mA/cm2的电流密度下具有1mAh/cm2的有限容量，在1mAh/cm2的容量下具有终止电压。图7是示出了在0.05mV/s的扫描速率下，具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池单元的循环伏安法(CV)数据的曲线图。图8是示出在各种扫描速率(v)下，具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂的MPN(包括腈)、以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池的峰值电流的曲线图。图9A是在放电状态下，具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN、以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池的集电器上的碳添加剂的SEM图像。图9B是在充电状态下，具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池的集电器上的碳添加剂的SEM图像。图10是示出用含腈溶剂、包含含腈溶剂和溶解的金属卤化物的溶液、在放电状态下包含含腈溶剂和溶解的金属卤化物的溶液以及在充电状态下包含含腈溶剂和溶解的金属卤化物的溶液浸渍的玻璃纤维隔板的拉曼光谱的曲线图。图11示出在电池循环期间所消耗的氧量和放出的氧量的曲线图，其中电解液包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN、以及作为氧化气体的氧气。图12A-12E是示出不同状态下的玻璃纤维隔板的照片。图13示出在5mA/cm2的电流密度下，具有包括作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的MPN、以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池单元的伽伐尼循环行为的曲线图。图14示出在约15mA/cm2的电流密度下包括电解液的电池的伽伐尼循环行为的图，该电解液具有作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的1:1比例的MPN和的己二腈(ADN)和作为氧化气体的氧气。图15示出在约5mA/cm2的电流密度下包括电解液的电池的伽伐尼循环行为的曲线图，该电解液具有作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的1:1比例的MPN和PC以及作为氧化气体的氧气。图16示出在约5mA/cm2的电流密度下包括电解液的电池的伽伐尼循环行为的曲线图，该电解液具有作为金属卤化物的LiI、作为溶剂(包括腈)的1:1比例的MPN和二甲氧基乙烷(DME)、以及作为氧化气体的氧气。图17A示出在约1mA/cm2的电流密度下包括具有作为金属卤化物的LiI和作为溶剂(包括腈)的MPN而没有氧化气体的电解液的电池的伽伐尼循环行为的曲线图。图17B示出了具有包括作为金属卤化物LiI和作为溶剂(包括腈)的MPN而没有氧化气体的电解液的电池的循环伏安法(CV)数据的曲线图。图18A示出在约1mA/cm2的电流密度下包括具有作为电解液盐的双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)、作为溶剂的四甘醇二甲醚(TG)和作为氧化气体的氧气的电解液的电池的伽伐尼循环行为的曲线图。图18B示出包括具有作为电解液盐的LiTFSI、作为溶剂的TG以及作为氧化气体的氧气的电解液的电池的循环伏安法(CV)数据的曲线图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，包括：/n阳极；/n电解液，其中所述电解液包含：/n氧化气体；/n用作活性阴极材料的金属卤化物；以及/n包含腈化合物的溶剂，其中该氧化气体和该金属卤化物溶解在该溶剂中，并且其中该电解液与该阳极接触；以及/n接触该阴极材料的集电器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180116 US 15/872,6071.一种电池，包括：
阳极；
电解液，其中所述电解液包含：
氧化气体；
用作活性阴极材料的金属卤化物；以及
包含腈化合物的溶剂，其中该氧化气体和该金属卤化物溶解在该溶剂中，并且其中该电解液与该阳极接触；以及
接触该阴极材料的集电器。


2.如权利要求1所述的电池，其中该集电器包含导电的多孔材料。


3.如权利要求1所述的电池，包括在该阳极和该集电器之间的隔板。


4.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于1mA/cm2的电流密度下完成至少100个循环的充电和放电。


5.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于1mA/cm2的电流密度下完成至少1000个循环的充电和放电。


6.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于20mA/cm2的电流密度下完成至少100个循环的充电和放电。


7.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于20mA/cm2的电流密度下完成至少1000个循环的充电和放电。


8.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于1mA/cm2的电流密度下具有大于或等于90％的能量效率。


9.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于1mA/cm2的电流密度下具有大于或等于99％的能量效率。


10.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于20mA/cm2的电流密度下具有大于或等于90％的能量效率。


11.如权利要求1所述的电池，其中该电池在大于或等于20mA/cm2的电流密度下具有大于或等于99％的能量效率。


12.如权利要求1所述的电池，其中该阳极包括Li、Mg和Na中的至少一种。


13.如权利要求1所述的电池，其中所述氧化气体包括氧气、空气、一氧化氮和二氧化氮中的至少一种。


14.如权利要求1所述的电池，其中该溶剂包括戊腈、壬腈、己腈、乙腈、丙腈、戊二腈、甲氧基乙腈、甲氧基苄腈、甲氧基丙腈、甲基戊二腈、丁氧基丙腈和丁氧基苄腈中的至少一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：金暲祐，罗英惠，金昊彻，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US