[發明專利]鎂蓄電池用碳硼烷基鎂電解質

有效

• 申請號: 201410336418.X
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104183866B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: R·穆赫塔迪;O·圖圖斯奧斯;T·S·阿瑟;T·J·卡特
• 申請（專利權）人: 豐田自動車工程及制造北美公司
• 主分類號: H01M10/0561
• 分類號: H01M10/0561
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 李躍龍

相關申請的交叉引用

本申請是2013年5月25日提交的美國專利申請No.13/902，797的部分接續，并通過引用將其全文并入本文中。

技術領域

本發明主要針對于電化學裝置，且針對于用于制造具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置的方法，且特別針對于具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置，所述碳硼烷基鎂電解質與鎂陽極和由非貴金屬制成的陰極兼容并同時保持相對于鎂參比＞3.0V的氧化穩定性。

背景技術

由于在電極表面處的離子阻擋層的形成，鎂(Mg)的多數普通鹽不能用作有效的鎂蓄電池電解質。先前已顯示，格氏試劑(R-Mg-X)支持鎂的沉積和剝離。目前，典型的電解質是基于一組被稱為有機鹵素鋁酸鹽的化合物，所述有機鹵素鋁酸鹽通過烷基格氏試劑或芳基格氏試劑與鋁基路易斯酸(A1X₃)的反應而獲得。和鎂金屬兼容并具有所報道的高度穩定性的其它非鹵素鋁酸鹽電解質是基于三(3，5-二甲基苯基)硼烷和苯基格氏試劑。

上述化合物已顯示有效調節可逆的鎂沉積和剝離，并且與先前評估的電解質相比具有增強的電流密度，但與非貴金屬電極例如不銹鋼、銅和鋁不兼容。例如，這些化合物已顯示在鉑表面處穩定于＞3.0V(相對于鎂參比)，但被發現在不銹鋼上有非常低的穩定性，即＜2.5V(相對于鎂參比)以及在鋁上＜2.0V(相對于鎂參比)，這是由于它們與這些金屬表面在＞2.5V(相對于鎂參比)的電勢下的不兼容性。這阻止了非貴金屬用作與高電壓陰極接觸的集流體，從而限制了理論上鎂蓄電池的能量密度。此外，其中將貴金屬用作集流體的理論鎂蓄電池會招致非常高的成本。

因此，存在對于與非貴金屬電極會兼容的改進的電解質的需求。

發明內容

在各種非限制性實施方案中公開了具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置以及用于形成這些電化學裝置的方法。

在一個實施方案中，本文中提供了一種電化學裝置，其包括包含鎂的陽極、陰極例如謝弗雷爾相(Chevrel phase)Mo₆S₈和碳硼烷基鎂電解質。所述碳硼烷基鎂電解質包括具有下式的組成：

式(I)：Mg(C_iB_jH_j+1)X，

式(II)：Mg(C_iB_jH_j+1)Y，

式(III)：Mg(C_iB_jH_j+1)₂，

式(IV)：Mg₂(C₂B_jH_j)X₂，或

以上至少兩者的組合，其中i是1或2；j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子，例如氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、或碘離子(I^-)；以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子，例如[BH₄]^-)。

在另一個實施方案中，本文中提供了一種用于制備電化學裝置的方法。該方法包括通過外部導電結構將由鎂或鎂合金組成的陽極和陰極連接的步驟以及使所述陽極和陰極與碳硼烷基鎂電解質接觸的步驟。該碳硼烷基鎂電解質包括具有下式的組成：

式(I)：Mg(C_iB_jH_j+1)X，

式(II)：Mg(C_iB_jH_j+1)Y，

式(III)：Mg(C_iB_jH_j+1)₂，

式(IV)：Mg₂(C₂B_jH_j)X₂，或

以上至少兩者的組合，其中i是1或2；j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子，例如氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、或碘離子(I^-)；以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子，例如[BH₄]^-)。