描述了一种无锂、基于阴离子的电荷传输电化学系统，其使用氟离子传输电解质，氟离子传输电解质包括具有或不具有各种改进性能的添加剂的离子化液体。氟离子传输电解质可全部或部分地为在低于200摄氏度的温度下通常为液体的离子化液体。在其它实施方式中，在低于100摄氏度的温度下保持为液体的电解质是有效的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】描述了一种无锂、基于阴离子的电荷传输电化学系统，其使用氟离子传输电解质，氟离子传输电解质包括具有或不具有各种改进性能的添加剂的离子化液体。氟离子传输电解质可全部或部分地为在低于200摄氏度的温度下通常为液体的离子化液体。在其它实施方式中，在低于100摄氏度的温度下保持为液体的电解质是有效的。【专利说明】氟离子电池复合物 相关申请的交叉参考本申请要求2010年12月22日提交的、名称为“氟离子电池电解质复合物(FLUORIDE ION BATTER ELECTROLYTE COMPOSITIONS) ” 的 U.S.临时专利申请N0.61/426, 456的优先权和利益,并通过参考结合于此。
描述了基于氟离子传输的非水电化学电池、离子化液体和包含氟离子盐的其它电解质复合物及其在包括蓄电池、电容器、超级电容器和原电池的电化学电池中的应用。
技术介绍
电池通常包括正极(放电期间的阴极)、负极(放电期间的阳极)和用于离子传输的电解质。电解质可包含充当电荷载流子的一种或更多种离子化物质。多种广泛可得的电池系统基于电极捕获或释放来自电解质的阳离子并使用来自外部电路的电子保持电荷平衡的阳离子电极反应。由于其非常低的电化学氧化/还原电势和轻的重量，元素锂通常用于基于阳离子的电池系统中。锂和锂离子电池均可商购并被广泛使用。然而，锂金属或含锂电极的电化学特性在商用上存在问题。锂金属是高反应性的，且需要大量额外的加工以便以较安全的插入形式存储锂金属，这增大了电池的重量并降低了能量密度。锂离子电池在许多条件下不稳定，并易于过热或过充。在极端情形下，这可能导致热失控和电池单元破裂或电极之间的短路。为了安全并允许长的循环寿命，锂离子电池组通常包含昂贵的电压和热控制电路以在电压或温度超出安全范围时关闭电池。基于电极之间阴离子的电极反应的电化学电池的使用为与锂或锂离子电池有关的问题提供了一种解决方案。在基于阴离子的系统中，电极捕获或释放来自电解质的阴离子，同时伴随着释放或捕获来自外部电路的电子。这样的阴离子系统已使用在固体电池系统中，例如Potanin的US7，722，993，其描述了一种二次电化学电池的一个实施方式，其中氟离子在充电-放电循环中在阴极和阳极之间可逆地交换，同时这些电极与固体导电氟化物电解质相接触。Potanin描述了包含La、Ce的氟化物或基于所述氟化物和合金化添加剂的复合氟化合物的固体电解质，例如碱土金属的氟化物(CaF2、SrF2、BaF2)和/或碱金属的氟化物(LiF、KF、NaF)和/或碱金属氯化物(LiCl、KCl、NaCl)，以及大量其它氟化合物。已尝试提供可使用液体电解质的基于阴离子电荷载流子的电化学系统。例如，Yazami> Darollers 和 Wiess 的 US20100221603A1 “锂离子氟化物电池(Lithium 1nFluoride Battery)”公开了一种电池,包括:正极,包括碳纳米纤维或碳纳米管材料；负极，包括石墨材料；以及电解质，提供在正极和负极之间。电解质选择成在正极和负极之间传导电荷载流子，并包括至少部分地以溶解状态在电解质中存在的溶剂承载的氟盐。在操作中，正极和负极在电池的充电和放电期间与电解质可逆地交换氟离子。在一个实施方式中，在电池放电过程中，氟离子被从正极释放并被负极接收，和/或在电池充电期间，氟离子被从负极释放并被正极接收。然而，对于许多应用，讨论的电解质复合物没有提供足够的离子电 荷传输能力以确保可靠的高放电和/或高容量操作。【专利附图】【附图说明】 在附图中:图1示出了作为温度的函数的MPPTFSI中的0.1M TMAF溶液的导电性；图2示出了各种溶剂中的TMAF的溶液的电化学稳定窗性口 ；图3示出了与通常的液相锂离子电解质相比的0.1M TMAF-MPPTFSI和MPPTFSI的电化学稳定性窗口；图4示出了处于放电状态的组装的PbF2/TMAF-MPPTFSI/PANI电池的第一次和第二次充电和放电曲线；图5示出了处于放电状态的组装的PbF2/NPTMAF-MPPTFSI/PANI电池的第一次和第二次充电和放电曲线；图6示出了与EC/DMC电解质中0.5M LiF/lM LiPF6相比的包含TMAF-MPPTFSI电解质的PbF2/电解质/PANI电池(第3个循环)的充电-放电曲线；图7示出了在充电至5.3伏之后，具有EC/DMC中0.5M LiF/lM LiPF6的对称碳纳米管电池中的正极的特征数据；图8示出了在充电至5.3V之后和放电至3.0V之后的碳纳米管正极的3IP和19F固体NMR数据；图9示出了从20-100°C对充电状态下的PbF2/TMAF-MPPTFSI/PANI电池进行测量的内部电阻的数据，和 http://www.sandia.gov/mission/ste/battery.pdf 中报道的固体FIB电池的比较数据；图10示出了从20-100°C对充电状态下的PbF2/TMAF-MPPTFSI/PANI电池进行测量的OCV的值；图11示出了与Pb/0.1M TMAF-MPPTFSI/PANI电池(阴极中不含F-)比较的Pb/0.1M TMAF-MPPTFSI/PAN1-F 电池的放电曲线；图 12 示出了 BiF3/0.1M TMAF-MPPTFSI/PANI 电池的循环；图13示出了与具有0.2M环硼氧烷/PbF2的添加物的La/0.2M TMAF-MPPTFSI电池的放电比较的具有标称再充电能力的La/0.2M TMAF-MPPTFSI/PbF2电池的放电曲线；图14示出了使用酸性离子化液体氟化物电解质EMIF(HF)n的PbF2/PANI系统的充电-放电曲线。【具体实施方式】描述了一种使用包括离子化液体的氟离子传输电解质的无锂、基于阴离子的电荷传输电化学系统，离子化液体具有或不具有各种改进性能的添加剂。氟离子传输电解质可全部或部分地为离子化液体，离子化液体在低于200摄氏度的温度下通常为液体。在其它实施方式中，电解质在低于100摄氏度的温度下保持为液体是有效的。在特定应用中，优选在大于-40摄氏度的温度下为液体的低温电解质。这一室温或低温氟离子电池(FIB)系统使用电解质中承载的氟阴离子作为电化学电池中的至少一些电荷载流子。通常，氟离子是主要的电荷载流子，但在特定实施方式中，其它电荷载流子也可存在。FIB系统具有相互物理隔离的阳极和阴极，但均与传导氟阴离子的电解质接触。阳极通常为低电势元素或化合物，且可为金属、金属氟化物或例如石墨或其它碳基材料的插入式复合物。类似地，阴极可为元素或复合物，且可为金属、金属氟化物或具有比阳极高的电势的电势的插入式复合物。传导氟的电解质中的氟阴离子（F-)在电池放电期间从阴极运动至阳极，而在电池充电期间从阳极运动至阴极。应理解，该氟离子电池系统的操作需要用于操作的电解质溶液中的无氟的可溶的预备的源。然而，例如碱或碱土金属氟化物（例如LiF、CsF、MgF2、BaF2)、过渡金属氟化物（例如VF4、FeF3、M0F6、PdF2、AgF)、主族金属氟化物（例如A1F3、PbF4、BiF3)和镧系或锕系元素氟化物（例如LaF3、YbF3、UF5)的常本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氟离子电池，包括阳极；阴极；电解质，包括至少部分溶解在溶剂中的溶解的氟化物盐；以及添加剂，包括氟离子络合物。
【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：I·达罗勒，C·韦斯，M·阿拉姆，A·蒂鲁文那马莱，S·琼斯，
申请(专利权)人：康图尔能量系统有限公司，
类型：
国别省市：
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