[发明专利]使用基于硼化合物的软材料的电池

说明书

本发明涉及使用基于硼化合物的软材料的电池。电化学电芯具有软固态电解质组合物，包括在软固体基体中分散或掺杂的金属盐。该基体包括有机阳离子和第一硼簇阴离子。该金属盐具有金属阳离子和阴离子。该电解质组合物是软的，在低于竞争性固体电解质所需的压力下被功能性模制，并且相对于竞争性电解质显示高离子传导率。

技术领域

本公开内容大体上涉及用于在二次电池(battery)中使用的软固体电解质，并且涉及硼簇化学品。

背景技术

固态电解质在二次电池设计中提供许多优势，包括机械稳定性、没有挥发性和易于构造。表现出高离子传导率的现有的无机固态电解质通常是在电池循环中未能与电极材料维持可观接触的硬质材料。有机固态电解质如聚合物由于它们的硬度降低而克服后一问题；然而，却使其产生差的离子传导率。

具有可观离子传导率的那些固态电解质通常以有机离子液晶(OIPC)为基础。这些材料依赖于固-固相变来实现高传导率。基于OIPC的材料存在一些问题，这些问题包括传导相的低的温度窗口和/或低的熔点，这限制了它们的可适用性。

因此，将期望提供具有改进的固态电解质的电化学电芯(cell)，其与基于OIPC的电解质的传导率相当，但不依赖于相变(其具有伴生限制)。

发明内容

这个部分提供公开内容的一般概述，并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

在一方面，公开了用于在二次电池中使用的具有固体电解质组合物的电化学电芯。该电解质组合物包括具有式GpA的软固体基体，其中G是来自可能阳离子的列表当中的有机阳离子，p是1或2；并且A是硼簇阴离子。该电解质组合物还包括具有金属阳离子和阴离子的金属盐。该金属盐的阴离子可任选地为硼簇阴离子，其与软固体基体的硼簇阴离子A相同或不同。当在电化学电芯的稳态工作温度下时电解质组合物通常处于固态。

在一些实施方式中，软固体基体的硼簇阴离子A通过以下阴离子式中任一限定：[B_yH_(y-z-i)R_zX_i]^2-、[CB_(y-1)H_(y-z-i)R_zX_i]^-、[C₂B_(y-2)H_(y-t-j-1)R_tX_j]^-、[C₂B_(y-3)H_(y-t-j)R_tX_j]^-或[C₂B_(y-3)H_(y-t-j-1)R_tX_j]^2-。在各种实施方式中，y可为在6至12的范围内的整数；(z+i)可为在0至y的范围内的整数；(t+j)可为在0至(y-1)的范围内的整数；和X可为F、Cl、Br、I或它们的组合。R可为有机取代基、氢、或它们的组合。在各种实施方式中，金属盐的硼簇阴离子(当存在时)可独立地由以上式中任一限定。

在额外的方面，公开了用于在二次电池中使用的具有固体电解质组合物的电化学电芯。如以上限定的，该电解质组合物包括具有式GpA的软固体基体，其中G是来自可能阳离子的列表当中的有机阳离子，p是1或2；并且A是硼簇阴离子。该电解质组合物还包括具有金属阳离子和阴离子的金属盐。该金属盐的阴离子可任选地为硼簇阴离子，其与软固体基体的硼簇阴离子A相同或不同。该电解质组合物通常具有小于约10吉帕斯卡的硬度(弹性模量)。

当结合附图和实施例(其意图是说明性的而不是排他性的)理解时，用于形成软固体电解质的方法和具有软固体电解质的电化学电芯的这些和其它特征从以下详细描述将变得明显。

附图简要描述