[發明專利]用于合成和優化基于硼化合物的新型軟材料的方法

在審

• 申請號: 202010417398.4
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN112018434A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: R·蒙塔迪;O·圖圖索斯
• 申請（專利權）人: 豐田自動車工程及制造北美公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 譚冀

本發明涉及用于合成和優化基于硼化合物的新型軟材料的方法。用于二次電化學電芯的軟固態電解質組合物包括在軟固體基體中分散或摻雜的金屬鹽。用于合成組合物的方法包括用金屬鹽摻雜固體基體。該基體包括有機陽離子和第一硼簇陰離子。用于優化電解質的方法包括構建電解質庫并且對于期望的性質而言篩選該庫。

技術領域

本公開內容大體上涉及用于在二次電池(battery)中使用的軟固體電解質，并且涉及硼簇化學品。

背景技術

固態電解質在二次電池設計中提供許多優勢，包括機械穩定性、沒有揮發性和易于構造。表現出高離子傳導率的現有的無機固態電解質通常是在電池循環中未能與電極材料維持可觀接觸的硬質材料。有機固態電解質如聚合物由于它們的硬度而降低克服后一問題；然而，這些遭受差的離子傳導率。

具有可觀離子傳導率的那些固態電解質通常以有機離子液晶(OIPC)為基礎。這些材料依賴于固-固相變來實現高傳導率。基于OIPC的材料可遇到困難，包括限制它們的可適用性的傳導相的低的溫度窗口和/或低的熔點。

因此，將期望提供改進的固態電解質，其與基于OIPC的電解質的傳導率相當，但沒有依賴于相變(具有其伴生限制)。還將期望提供用于合成和優化這樣的材料的改進方法。

發明內容

提供了合成和優化用于二次電池的軟固體電解質的方法。

在一方面，公開了合成用于在二次電池中使用的固體電解質組合物的方法。該方法包括用金屬鹽摻雜軟固體基體的步驟。軟固體基體具有式G_pA，其中G是來自本文公開的可能陽離子的列表當中的有機陽離子，p是1或2；并且A是硼簇陰離子。該金屬鹽具有金屬陽離子和金屬鹽陰離子。

在其它方面，公開內容提供優化用于在二次電化學電芯(cell)中使用的軟電解質的方法。該方法包括提供軟電解質庫(library)的步驟，該庫中的每種單獨的軟電解質如上所述。該方法還包括以下步驟：對于期望的性質而言，篩選軟電解質庫；和基于該篩選來選擇軟電解質。

當結合附圖和實施例(其意圖是說明性的而不是排他性的)理解時，用于形成軟固體電解質的方法的這些和其它特征從以下詳細描述將變得明顯。

附圖簡要描述

從實施方案的以下描述結合附圖，本發明的各個方面和優勢將變得明顯并且更容易理解，其中：

圖1A是本公開內容的代表性硼簇陰離子閉式-[B₁₂H₁₂]^2-的透視示意圖；

圖1B是本公開內容的硼簇陰離子閉式-[CB₁₁H₁₂]^-的透視示意圖；和

圖1C是本公開內容的硼簇陰離子閉式-[C₂B₁₀H₁₁]^-的透視示意圖。

具體實施方式

本教導提供用于合成和優化在固態下具有高離子傳導率的軟電解質組合物的方法。該軟電解質組合物在電池工作溫度下通常是固體，但是由于高熵、塑料狀分子結構而具有異常高的離子傳導率。

用于合成的方法包括用金屬鹽摻雜軟固體基體。新型固體基體包括硼簇陰離子和具有柔性和/或不對稱的取代基的有機陽離子。產生的電解質形成具有產生高離子遷移率和傳導率的塑料或玻璃狀、高熵分子結構的軟固體。