[發明專利]鋰儲能裝置無效

申請號：	200880104536.0	申請日：	2008-06-27
公開（公告）號：	CN101821892A	公開（公告）日：	2010-09-01
發明（設計）人：	A·S·貝斯特;A·F·霍倫坎普;A·I·巴特	申請（專利權）人：	聯邦科學及工業研究組織
主分類號：	H01M10/26	分類號：	H01M10/26;H01M10/24;H01M10/36;H01M10/40
代理公司：	中國專利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	段曉玲;韋欣華
地址：	澳大利亞***	國省代碼：	澳大利亞;AU
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摘要：
搜索關鍵詞：	鋰儲能裝置
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及基于鋰的儲能裝置(lithium-based?energy?storagedevice)。

背景技術

近年來，對用于形成儲能裝置，包括鋰儲能裝置(例如鋰電池組(Li離子電池組和Li金屬電池組))的新材料的興趣逐漸增加。

電化學裝置包含電解質，在所述電解質中電荷載體(離子(也稱作目標離子)或其他電荷攜帶物種)能夠遷移以使給定裝置能夠運行。有很多種不同類型的可用于電化學裝置的電解質。在鋰離子電池組和鋰金屬電池組的情況下，這些包括凝膠電解質、聚電解質、凝膠聚電解質、離子性液體、塑性晶體和其他非水性液體，例如碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸二乙酯。

理想地，這些裝置中所用的電解質是電化學穩定的，具有高離子傳導率，具有高目標離子遷移數(即與其他電荷載體相比目標離子的高遷移率)，并提供了可使電荷轉移的穩定的電解質-電極界面。理想地，該電解質也應當是熱穩定的和不易燃的。

在前述鋰電池組的情況下，這些可以是一次的或更典型的二次的(可再充電的)電池組。由于其較高的重量和體積容量以及較高的比能，鋰可再充電電池組提供了優于其他二次電池組技術的優點。

上述兩種類型的鋰電池組的區別在于：對于鋰金屬電池組，負極是鋰金屬，對于“鋰離子電池組”，負極是鋰插層材料。

在比能和功率方面，鋰金屬是優選的負極材料。然而，當使用“傳統”溶劑與鋰金屬負極相結合時，該鋰金屬電極有發展樹枝狀表面的趨勢。該樹枝狀沉積物限制了循環壽命并由于其能使電池短路而呈現出安全風險——潛在導致著火和爆炸。這些缺點使得必須使用鋰插層材料作為負極(產生公知的鋰離子技術)，以額外的電池組質量和體積作為代價。

在二次鋰金屬電池組中，在該鋰電極表面上形成固體電解質中間相(SEI)。該SEI是由于鋰金屬的活性而快速形成的鈍化層。該SEI具有雙重作用。首先，其形成了保護該鋰表面不會進一步與電解質和/或污染物反應的鈍化膜。此外，該SEI用作鋰導體，在鋰金屬二次電池的充電/放電循環過程中其允許電荷以鋰離子形式來往該鋰表面。該SEI還已知形成在二次鋰離子電池組的負極表面上。

然而，該SEI作為電池中的電阻組分存在，在一些情況下能夠導致電池電壓(以及因此電池功率)的降低。

研究者繼續尋找對該鋰金屬電極較差的循環特征的解決方案——值得一提的是通過使用聚合物電解質。然而，鋰離子在聚合物電解質中的運動被該聚合物鏈的鏈段運動所調節，導致較低的傳導率。該聚合物電解質的低傳導率和低遷移數限制了其在實際裝置中的應用。

目標離子的這種低傳導率和低遷移數的問題同樣適用于鋰金屬電池組、鋰離子電池組、更通常的電池組以及一定程度上所有其他電化學裝置中所用的其他電解質。

提供對基于鋰的儲能裝置中所用材料的新替代方式以改進在電解質內的鋰離子傳導率和擴散性從而改進室溫電池組性能或以其它方式提高電池組性能將會是有利的。

發明內容

依照本發明，提供了鋰儲能裝置，包括：

-至少一個正極，

-至少一個負極，和

-包括以下的離子性液體電解質：

作為陰離子的雙(氟代磺酰基)亞胺離子(bis(fluorosulfonyl)imide)和陽離子反離子，和含量大于0.3mol/kg離子性液體且不超過1.5mol/kg離子性液體的鋰離子。

雙(氟代磺酰基)亞胺離子通常縮寫為FSI。該陰離子的其他名稱是雙(氟代磺酰基)imidide和雙(氟代磺酰基)胺離子，因此相同的陰離子的另一種縮寫是FSA。

已經發現使用FSI電解質和以特定比例摻雜的鋰的組合令人意想不到地提供了改進的傳導率、粘度、鋰離子擴散率，且與其他已知的室溫離子性液體和電解質相比可允許在更高的電流密度下進行鋰金屬鍍覆(plating)和退鍍(stripping)。