CN108140807A - 具有多价金属阳极的电池 - Google Patents

具有多价金属阳极的电池 Download PDF

Info

Publication number
CN108140807A
CN108140807A CN201680046545.3A CN201680046545A CN108140807A CN 108140807 A CN108140807 A CN 108140807A CN 201680046545 A CN201680046545 A CN 201680046545A CN 108140807 A CN108140807 A CN 108140807A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
ion
conductive polymer
solid
ion conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680046545.3A
Other languages
English (en)
Inventor
M·A·齐莫尔曼
A·B·加夫里洛夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ionic Materials Inc
Original Assignee
Ionic Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ionic Materials Inc filed Critical Ionic Materials Inc
Publication of CN108140807A publication Critical patent/CN108140807A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602—Polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/137—Electrodes based on electro-active polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1399—Processes of manufacture of electrodes based on electro-active polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
    • H01M4/463—Aluminium based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
    • H01M4/466—Magnesium based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电池，其在阳极中具有多价金属作为电化学活性材料，其中所述阳极还包含固体离子传导性聚合物材料。

Description

具有多价金属阳极的电池
关于联邦政府资助的研究或开发的声明(不适用)
技术领域
所描述的装置一般而言涉及电化学系统，其包含电化学活性多价金属电极和离子传导所述多价金属的固体离子传导性(ionically conductive)聚合物材料。
背景技术
多价离子是电化学系统中想要的，因为它们可以贡献较高的能量密度。由于电池单元(cell)的容量是电化学活性阳极材料和电化学活性阴极材料的函数，所以电化学计量反应中所涉及的电子的数量与电池(battery)或其它电化学系统的容量直接相关。
新电化学电池单元化学品的开发是满足日益增长的可再生能源需求的关键部分。美国能源部基础能源科学办公室的报告(DOE-BES 2007)列出了通过使用诸如碱土金属(例如Al、Mg2+)等多电子氧化还原对使自由基电荷密度增大的可能性。参考表1，其示出了该报告中不同电池化学品的一些计算理论性质。
表1
镁电池是通过使用大量低成本材料而具有高能量密度的多价金属的一个实例。使用镁和其它多价金属阳极时，可以使用两类阴极。第一类是嵌入(intercalation)阴极，例如层状过渡金属氧化物/硫化物(例如Chevrel相)。第二种使用转换阴极，例如硫或与多价金属发生电化学反应的其它材料。硫特别有吸引力，因为它是丰富的、廉价的，并且提供两倍于当前的石墨/锂钴氧化物电池的理论能量密度(参见表1)。然而，镁和其它多价金属电池的一个关键问题是电解质相容性。
硫阴极的使用增加了与形成反应中间体相关的另外的相容性问题，所述反应中间体被称为聚硫化物，其在整个电池单元中迁移。
使用可以解决这些相容性问题的电解质的系统很少。使用复杂液体-电解质配制物的Mg/S电池在最初两个循环内也表现出较差的库伦效率和明显的容量损失。
本发明的实施方案克服了上述问题并提供了额外的优点。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电池，其具有包含固体离子传导性聚合物材料和多价金属的电极，其中所述多价金属的离子通过所述固体离子传导性聚合物进行传导并且被可逆地输入和输出电池电极。
根据本发明的另一个方面，电池包括：第一电池电极，其包含固体离子传导性聚合物和多价金属，其中所述多价金属的离子通过所述固体离子传导性聚合物进行传导并被可逆地输入和输出所述第一电池电极；第二电池电极，其中所述离子被可逆地输入和输出所述第二电池电极；和位于所述第一电池电极和第二电池电极之间的介电性、离子传导性、非电化学活性的电解质层，其中所述电解质层能够在所述第一电池电极和第二电池电极之间传输离子。
根据其它方面，电池可以包括以下特征中的一个或多个：
该电池，其中所述多价金属分散在所述固体离子传导性聚合物材料中，其中所述多价金属被所述固体离子传导性聚合物材料包封，或其中所述多价金属是粒化的，并且所述颗粒被所述固体离子传导性聚合物材料包封。
该电池，其中多价金属颗粒各自小于100微米。
该电池，其中电池电极是挤出的。
该电池，其进一步包含导电材料。
该电池，其中所述第二电池电极包含固体离子传导性聚合物材料和嵌入化合物。
该电池，其中所述第二电池电极包含所述固体离子传导性聚合物和电化学活性化合物；当所述多价离子进入所述第二电池电极时，所述电化学活性化合物与所述多价离子反应。
该电池，其中所述电化学活性化合物是硫。
该电池，其中所述电化学活性化合物是二氧化锰。
该电池，其中所述电解质层包含所述固体离子传导性聚合物。
该电池，其中电解质层是挤出的。
该电池，其中电解质层是热成型的。
该电池，其中第一电池电极是热成型的。
该电池，其中多价金属是铝、镁或钙。
该电池，其中所述多价金属选自铝、钙、镁、锌、铁、钪、铬、铜及它们的组合。
该电池，其中电解质层包含固体离子传导性聚合物材料，并且其中所述第二电池电极包含所述固体离子传导性聚合物材料和电化学活性化合物；当所述多价离子进入所述第二电池电极时，所述电化学活性化合物与所述多价离子反应。
该电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料具有：大于30％的结晶度；熔融温度；玻璃态；以及至少一种阳离子扩散离子和至少一种阴离子扩散离子((both at leastone cationic and anionic diffusing ion))，其中至少一种扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。
该电池，其中该材料还包含多个(a plurality of)电荷转移络合物。
该电池，其中该材料包含多个(a plurality of)单体，并且其中各电荷转移络合物位于单体上。
该电池，其中固体离子传导性聚合物材料在室温下的电子传导率小于1x 10-8S/cm。
该电池，其中固体离子传导性聚合物材料是半结晶的，并包含：多个单体；多个电荷转移络合物，其中各电荷转移络合物位于单体上；其中所述固体离子传导性聚合物材料在室温下的电子传导率(electronic conductivity)小于1x 10-8S/cm。
该电池，其中该材料的结晶度大于30％。
该电池，其中该材料进一步包含阳离子扩散离子和阴离子扩散离子，各扩散离子在玻璃态下是可迁移的，并且其中该材料的结晶度大于30％。
该电池，其中电荷转移络合物通过聚合物和电子受体的反应形成。
该电池，其中该材料具有玻璃态，并且具有至少一种阳离子扩散离子和至少一种阴离子扩散离子，其中各扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。
该电池，其中该材料的熔融温度大于250℃。
该电池，其中该材料在室温下的离子传导率(ionic conductivity)大于1.0x 10- 5S/cm。
该电池，其中该材料包含单一阳离子扩散离子，且其中所述阳离子扩散离子在室温下的扩散率(diffusivity)大于1.0x 10-12m2/s。
该电池，其中该材料包含单一阴离子扩散离子，且其中所述阴离子扩散离子在室温下的扩散率大于1.0x 10-12m2/s。
该电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，并且其中每个单体上存在至少一个阴离子扩散离子。
该电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，并且其中每个单体上存在至少一个阳离子扩散离子。
该电池，其中每升材料中存在至少1摩尔的阳离子扩散离子。
该电池，其中电荷转移络合物通过聚合物、电子受体和离子化合物的反应形成，其中各阳离子扩散离子和阴离子扩散离子均是所述离子化合物的反应产物。
该电池，其中该材料由至少一种离子化合物形成，其中所述离子化合物包含所述多价金属。
该电池，其中该材料是热塑性的。
该电池，其中至少一种阳离子扩散离子中的一种具有大于1.0x 10-12m2/s的扩散率。
该电池，其中至少一种阴离子扩散离子中的一种具有大于1.0x 10-12m2/s的扩散率。
该电池，其中至少一种阴离子扩散离子和至少一种阳离子扩散离子中的一种具有大于1.0x 10-12m2/s的扩散率。
该电池，其中固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，其中各单体包含位于所述单体的骨架中的芳香族环结构或杂环结构。
该电池，其中该材料进一步包含掺入所述环结构中或位于与所述环结构相邻的骨架上的杂原子。
该电池，其中杂原子选自硫、氧或氮。
该电池，其中杂原子位于所述单体的与所述环结构相邻的骨架上。
该电池，其中杂原子是硫。
该电池，其中该材料是π共轭的。
该电池，其中该聚合物包含多个单体，其中单体的分子量大于100克/摩尔。
该电池，其中该材料的离子传导率是各向同性的。
该电池，其在室温下的离子传导率大于1.0x 10-4S/cm。
该电池，其在80℃的离子传导率大于1x 10-3S/cm。
该电池，其在-40℃的离子传导率大于1x 10-5S/cm。
该电池，其中该材料是不易燃的。
该电池，其中该材料的杨氏模量等于或大于3.0MPa。
该电池，其中该材料是基础聚合物、电子受体和离子化合物的反应产物。
该电池，其中基础聚合物是液晶聚合物、无掺杂的共轭聚合物或PPS。
该电池，其中离子化合物包含多价金属。
该电池，其中电子受体是醌。
附图说明
附图中：
图1是使用包含固体离子传导性聚合物材料的硫阴极的电池单元的循环测试的性能图。
具体实施方式
本申请要求2015年6月8日提交的美国临时专利申请No.62/172,467的权益；在此将其通过援引加入的方式纳入本文；并且还通过援引加入的方式纳入了2015年5月8日提交的美国临时专利申请No.62/158,841；2014年12月3日提交的美国专利申请14/559,430；2013年12月3日提交的美国临时专利申请No.61/911,049；2013年4月11日提交的美国专利申请No.13/861,170；以及2012年4月11日提交的美国临时专利申请No.61/622,705。
所描述的方面涉及一种电化学系统，其包含电化学活性多价金属电极和离子传导所述多价金属的固体离子传导性聚合物材料。可以将多价金属和固体离子传导性聚合物材料的这种组合应用于电池中，例如电池电极中。
提供以下对术语的解释以更好地详细描述将在本节中阐述的方面、实施方案和对象。除非另外解释或限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。为了便于阅读本公开的各种实施方案，提供了对特定术语的以下解释：
去极化剂是电化学活性物质的同义词，即在电化学反应和电化学活性物质的电荷转移步骤中改变其氧化态、或者参与化学键的形成或断裂的物质。当电极具有多于一种电活性物质时，它们可以被称为共去极化剂(codepolarizer)。
热塑性是塑料材料或聚合物在特定温度(常常在其熔融温度附近或为其熔融温度)以上变得易弯曲或可模压并在冷却时凝固的特征。
固体电解质包括无溶剂聚合物和陶瓷化合物(结晶的和玻璃状的)。
“固体”的特征是能够无限长的一段时间保持其形状，并与液相材料区别开来且不同。固体的原子结构可以是结晶的或非晶的。固体可以与复合结构中的组分混合或为复合结构中的组分。然而，为了本申请及其权利要求的目的，除非另外说明，否则固体材料要求该材料为通过固体而非通过任何溶剂、凝胶或液相离子传导性的。为了本申请及其权利要求的目的，将依赖于液体获得离子传导率的凝胶(或湿)聚合物和其它材料定义为不是固体电解质，因为它们依赖于液相获得其离子传导率。
聚合物通常是有机的并且由碳基大分子构成，其中所述碳基大分子中的每一种都具有一种或多种重复单元或单体。聚合物重量轻、可延展、通常不导电，且在相对较低的温度下熔化。聚合物可以通过注塑成型工艺、吹塑成型工艺和其它成型工艺、挤出、压制、冲压、三维印刷、机械加工和其它塑料工艺制成产品。聚合物通常在低于玻璃化转变温度Tg的温度下具有玻璃态。这种玻璃化温度是链柔性的函数；并且当系统中有足够的振动(热)能量时，这种玻璃化温度会出现以产生足够的自由体积，以使聚合物大分子的链段序列可以作为单位一起移动。然而，在聚合物的玻璃态下，没有聚合物的链段运动。
聚合物不同于被定义为无机非金属材料的陶瓷；其通常是由与氧、氮或碳共价键合的金属构成的、脆性的、坚固的且不导电的化合物。
在一些聚合物中发生的玻璃化转变是在冷却聚合物材料时过冷液态与玻璃态之间的中点温度。玻璃化转变的热力学测量是通过测量聚合物的物理性质(例如，体积、焓或熵以及其它衍生性质)与温度的函数来完成的。玻璃化转变温度在这样的曲线上作为选定性质(焓的体积)的破坏观察到或由在转变温度下的斜率变化(热容量或热膨胀系数)观察到。在将聚合物从高于Tg冷却至低于Tg时，聚合物分子的迁移速度减慢直至聚合物达到其玻璃态。
由于聚合物可包含非晶相和结晶相两者，所以聚合物结晶度是该结晶相的量相对于聚合物的量，并以百分比表示。结晶度百分比可以经由聚合物的X射线衍射通过分析非晶相和结晶相的相对面积来计算。
聚合物膜通常被描述为聚合物的薄部分，但应理解为等于或小于300微米厚。
重要的是，注意离子传导率与电导率(electrical conductivity)不同。离子传导率取决于离子扩散率，这两个性质通过Nerst Einstein方程而相关。离子传导率和离子扩散率都是离子迁移率的量度。如果离子在材料中的扩散率为正值(大于零)，或者其有助于正导电率，则所述离子在所述材料中是可迁移的。除非另有说明，所有这些离子迁移率测量均在室温(约21℃)下进行。由于离子迁移率受温度影响，因而其可能难以在低温下检测。设备检测限度可能是确定小迁移率量的一个因素。迁移性可以理解为离子扩散率为至少1x10-14m2/s，优选至少1x10-13m2/s，这两者均使得离子在材料中是可迁移的。
固体聚合物离子传导性材料是包含聚合物并传导离子的固体，如下文进一步描述。
本发明的一个方面包括由至少三种不同组分合成固体离子传导性聚合物材料的方法：聚合物、掺杂剂和离子化合物。为材料的特定应用而选择合成的组分和方法。聚合物、掺杂剂和离子化合物的选择也可以基于材料的所需性能而变化。例如，所需的合成的组分和方法可以通过优化所需的物理特性(例如离子传导率)来确定。
合成：
合成方法也可以根据具体组分和最终材料的所需形式(例如薄膜、颗粒等)而变化。然而，该方法包括以下基本步骤：首先混合组分中的至少两种，在任选存在的第二混合步骤中加入第三组分，以及加热组分/反应物以在加热步骤中合成固体离子传导性聚合物材料。在本发明的一个方面中，所得混合物可以任选地形成为所需尺寸的薄膜。如果第一步骤生成的混合物中不存在掺杂剂，则可以随后将其加入到混合物中，同时加热和任选存在的施加压力(正压或真空)。所有三种组分都可以存在并将其混合加热，以一步完成固体离子传导性聚合物材料的合成。但是，这个加热步骤可以在与任何混合分开的步骤中完成，或者可以在混合进行时完成。加热步骤可以与混合物的形式(例如薄膜、颗粒等)无关地进行。在合成方法的一个方面中，将所有三种组分混合，然后挤出成薄膜。将该薄膜进行加热以完成合成。
当合成固体离子传导性聚合物材料时，由于反应物颜色是相对浅的颜色，而固体离子传导性聚合物材料是相对深的颜色或黑色，所以发生可以目视观察到的颜色变化。据信，当正在形成电荷转移络合物时，发生这种颜色变化；并且这种颜色变化可以取决于合成方法而逐渐或快速发生。
合成方法的一个方面是将基础聚合物、离子化合物和掺杂剂混合在一起，并在第二步中加热混合物。由于掺杂剂可以处于气相中，因而加热步骤可以在掺杂剂的存在下实施。混合步骤可以在挤出机、搅拌机、研磨机或塑料加工的其它典型设备中实施。加热步骤可以持续数小时(例如二十四(24)小时)，并且颜色变化是合成完全或部分完成的可靠指示。合成后的额外加热似乎不会对材料产生负面影响。
在合成方法的一个方面中，可以首先混合基础聚合物和离子化合物。然后将掺杂剂与聚合物-离子化合物混合物混合并加热。可以在第二混合步骤期间或在混合步骤之后对混合物加热。
在合成方法的另一个方面中，首先将基础聚合物和掺杂剂混合，然后加热。这个加热步骤可以在混合之后或者在此期间施加，并且产生颜色变化，从而指示电荷转移络合物的形成以及掺杂剂和基础聚合物之间的反应。然后将离子化合物混合到反应的聚合物掺杂剂材料中以完成固体离子传导性聚合物材料的形成。
添加掺杂剂的典型方法是本领域技术人员已知的，并且可以包括含有聚合物和离子化合物的薄膜的气相掺杂(vapor doping)以及本领域技术人员已知的其它掺杂方法。在掺杂时，固体聚合物材料变为离子传导性的，据信掺杂起到激活固体聚合物材料的离子组分的作用，因此所述离子组分为扩散离子。
可以将其它非反应性组分在最初混合步骤、第二混合步骤或加热后的混合步骤期间加入到上述混合物中。这样的其它组分包括但不限于：去极化剂或电化学活性材料如阳极或阴极活性材料，导电材料如碳，流变剂如粘合剂或挤出助剂(例如乙烯丙烯二烯单体“EPDM”)，催化剂和可用于实现混合物的所需物理性质的其它组分。
在固体离子传导性聚合物材料的合成中可用作反应物的聚合物是可以被电子受体氧化的电子给体或聚合物。结晶度指数大于30％和大于50％的半结晶聚合物是合适的反应物聚合物。完全结晶的聚合物材料如液晶聚合物(“LCP”)也可用作反应物聚合物。LCP是完全结晶的，因此其结晶度指数被定义为100％。无掺杂的共轭聚合物和诸如聚苯硫醚(“PPS”)等聚合物也是合适的聚合物反应物。
聚合物通常不导电。例如，原生PPS具有10-20S cm-1的电导率。非导电聚合物是合适的反应物聚合物。
在一个方面中，可用作反应物的聚合物可以具有在每个重复单体基团的骨架中的芳香族或杂环组分，以及掺入所述杂环中或者沿所述骨架位于与芳香环相邻的位置的杂原子。杂原子可以直接位于骨架上或与直接位于骨架上的碳原子键合。在杂原子位于骨架上或与位于骨架上的碳原子键合这两种情况下，骨架原子位于与芳香环相邻的骨架上。用于本发明这一方面的聚合物的非限制性实例可以选自PPS、聚对苯醚(“PPO”)、LCP、聚醚醚酮(“PEEK”)、聚邻苯二甲酰胺(“PPA”)、聚吡咯、聚苯胺和聚砜。还可以使用包括列出的聚合物的单体的共聚物和这些聚合物的混合物。例如，对羟基苯甲酸的共聚物可以是合适的液晶聚合物基础聚合物。表2详细描述了可用于本发明中的反应物聚合物的非限制性实例以及单体结构和一些物理性质信息，这些信息应被认为是非限制性的，因为聚合物可以采取可影响其物理性质的多种形式。
表2
在固体离子传导性聚合物材料的合成中可用作反应物的掺杂剂是电子受体或氧化剂。据信，掺杂剂起到释放离子以获得离子传输和迁移率的作用，并且据信起到可生成类似于电荷转移络合物的位点或聚合物内允许离子传导率的位点的作用。可用的掺杂剂的非限制性实例是：醌，例如还被称为“DDQ”的2,3-二氰基-5,6-二氯二氰醌(C8Cl2N2O2)和还被称为氯醌的四氯-1,4-苯醌(C6Cl4O2)；还被称为TCNE的四氰基乙烯(C6N4)；三氧化硫(“SO3”)；臭氧(三氧或O3)；氧气(O2，包括空气)；过渡金属氧化物(包括二氧化锰(“MnO2”))；或任何合适的电子受体等；及它们的组合。在合成加热步骤的温度下温度稳定的掺杂剂是可用的，并且温度稳定的醌和其它掺杂剂以及强氧化剂醌是最可用的。表3提供了掺杂剂的非限制性列表以及它们的化学图表。
表3
在固体离子传导性聚合物材料的合成中可用作反应物的离子化合物是在固体离子传导性聚合物材料的合成期间释放所需离子的化合物。离子化合物不同于掺杂剂之处在于，需要离子化合物和掺杂剂两者。非限制性实例包括Li2O、LiOH、ZnO、TiO2、Al3O2、NaOH、KOH、LiNO3、Na2O、MgO、CaCl2、MgCl2、AlCl3、LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)、LiFSI(双(氟磺酰基)酰亚胺锂)、双(草酸根合)硼酸锂(LiB(C2O4)2“LiBOB”)和其它锂盐及它们的组合。在一个方面中，离子化合物含有多价金属并且用于制备含有扩散多价金属离子的固体离子传导性聚合物材料。这些化合物的水合形式(例如一水合物(monhydride))可用于简化化合物的处理。无机氧化物、氯化物和氢氧化物是合适的离子化合物，因为它们在合成期间解离产生至少一种阴离子扩散离子和阳离子扩散离子。任何解离产生至少一种阴离子扩散离子和阳离子扩散离子的这种离子化合物同样是合适的。多种离子化合物也可以是可用的，导致多种阴离子扩散离子和阳离子扩散离子可以是优选的。合成中包含的具体离子化合物取决于材料所需的用途。
例如，在其中想要具有多价高能量密度系统的应用中，可转化成多价离子的多价阳离子、多价氢氧化物、多价氯化物或锂氧化物将是适当的。如同任何在合成过程中释放多价阴极和扩散阴离子的含多价离子的化合物一样。如将进一步证明的，以可产生所需的阳离子扩散物质和阴离子扩散物质的形式包括碱金属、碱土金属、过渡金属和后过渡金属的离子化合物适合作为合成反应物离子化合物。
固体离子传导性聚合物材料可以用于需要多价离子的离子迁移率的任何系统中。在一个方面中，所描述的固体离子传导性聚合物材料可以用于两个电极以及插入所述电极之间的电解质中。固体离子传导性聚合物材料的组成在所有三种应用中可以是相同的；并且在电池系统中，所有三种应用都需要使得某些离子(例如多价阳离子)能够具有特定的离子迁移率。然而，在电极中，可以将固体离子传导性聚合物材料通过添加导电添加剂(例如石墨或其它碳)而改性为导电的。也可以对固体离子传导性聚合物材料组成进行优化以获得具体的物理性质同时保持其离子传导率足以用于电池系统。使用某些基础聚合物可以改变固体离子传导性聚合物材料的杨氏模量，而且使用流变改性剂来帮助固体离子传导性聚合物材料的挤出。可以改变固体离子传导性聚合物材料的形式，并且可以使其成形为不同应用可能所需的薄膜或颗粒。因此，在一个方面中，固体离子传导性聚合物材料的使用在相同电池系统内的各个应用中不需要是相同的固体离子传导性聚合物材料。
多价电池系统的阳极包括多价阴极材料。在一个方面中，多价材料是粉末或颗粒形式并分散在固体离子传导性聚合物材料中。当其分散时，多价颗粒被固体离子传导性聚合物材料包封。在其中固体离子传导性聚合物材料不导电的一个方面中或为了提高电导率，可以将额外的导电添加剂与其它阳极组分混合，以使得阳极能够导电，从而使电子能够从多价金属流动至与所述阳极电连通的阳极集电器(current collector)。这种添加剂是电池的典型添加剂，通常包含高表面积的碳，包括石墨。阳极因此起到离子传导多价金属离子的作用。
在一个方面中，阴极可以具有类似于阳极的结构。可以将嵌入材料或转换材料与固体离子传导性聚合物材料以及任选存在的导电添加剂一起分散。将电化学活性阴极材料与固体离子传导性聚合物材料混合、分散在其中并用其包封。在一个方面中，固体离子传导性聚合物材料对于仅在其合成中引入的扩散离子而言是离子传导性的。因此，例如硫或含硫材料(如多硫化物)将不导电，因此将保持在阴极内，从而减少电池循环低效的路径。
固体离子传导性聚合物材料也可以充当电池的电解质。在这种作为固体聚合物电解质的用途中，其不导电，而是充当阳极电极和阴极电极之间的电介质。可以将固体离子传导性聚合物材料挤出成薄膜(100～10微米)，并保持这种形状的热塑性。因此，可以将其热附接到任一个电极或两个电极上，以节省制造成本并确保良好的离子传导路径。在一个方面中，可以将三种组分共挤出以形成单个三组分薄膜电池，其可以在循环期间在阳极电极和阴极电极之间有效地离子传导多价离子。
材料的纯度是潜在重要的，以防止任何不期望的副反应，并使合成反应的有效性最大化以产生高电导率材料。具有一般高纯度的掺杂剂、基础聚合物和离子化合物的实质上纯的反应物是优选的，并且更优选纯度大于98％，最优选甚至更高纯度，例如LiOH：99.6％，DDQ：>98％，氯醌：>99％。
为了进一步描述固体离子传导性聚合物材料的用途和上述合成本发明的固体离子传导性聚合物材料的方法的通用性，描述了几类可用于多重电化学应用并通过其应用而区分开的固体离子传导性聚合物材料：
实施例1
固体离子传导性聚合物材料样品通过将来自Saint Gobain的LCP聚合物SRT900Zydar和离子化合物以表4中列出的比例混合来制备。使用DDQ作为掺杂剂。聚合物单体与掺杂剂的摩尔比为4.2:1。三组分混合物通过基础聚合物、掺杂剂和离子化合物的充分混合来形成。然后将混合物在中等压力(500～1000psi)下加热至约350℃约30分钟。在加热之后，观察到颜色变化，其指示了固体离子传导性聚合物材料的合成。
将样品夹在不锈钢电极之间并放置在测试夹具中。通过使用Bio-Logic VSP测试系统，记录800KHz～100Hz范围内的AC阻抗，以确定各个固体离子传导性聚合物材料样品的离子传导率。
测得的离子传导率结果示于表4中。所观察到的离子传导率表明固体离子传导性聚合物材料可以传导多种离子，包括多价钙Ca2+、镁Mg2+和铝Al3+离子。
表4
具有金属阳极的电源通过被固态离子传导性聚合物材料包封或以其它方式维持在活化态的方式实现(enable)，其比锂均更加稳定且成本更低。
基于钠的和基于钾的能量储存系统被认为是锂离子的替代品，这主要由低成本和相对丰富的原材料驱动。钙、镁和铝离子传导率是多价嵌入系统所必需的，其能够将能量密度提高至超过锂离子电池的容量。
由此证明，离子聚合物电解质可以被设计成传导多价离子，包括Mg2+(8mS cm-1，20℃)。这种聚合物电解质因此理想地适合于可充电的镁-硫(Mg/S)电池。
本申请和本详细说明书在此包含以下申请的整个说明书，包括权利要求书、摘要和附图：2015年5月8日递交的美国临时专利申请Ser.No.62/158,841；2014年12月3日提交的美国专利申请Ser.No.14/559,430；2013年12月3日递交的美国临时专利申请Ser.No.61/911,049；2013年4月11日提交的Ser.No.13/861,170；和2012年4月11日提交的美国临时专利申请Ser.No.61/622,705。
在通过援引加入的方式纳入的相关申请中，已经示出了在电池中掺入了固体离子传导性聚合物材料的已证实改进性能的硫阴极。参考图1，其示出了包括这种硫阴极的电池的容量对循环。在一个方面中，使用多价阳离子配合这种硫阴极提供了使用固体离子传导性聚合物材料的可用的多价阳离子电池。在一个方面中，多价阳离子可以与适当的替代性嵌入材料或转换阴极偶联。
尽管已经在本文中根据本发明的某些优选实施方案详细描述了本发明，但是本领域技术人员在不脱离本发明精神的情况下可以实现其中的许多修改和变化。因此，申请人的目的仅受限于所附权利要求的范围，而不通过描述在本文中所示的实施方案的细节和手段受限。
应该理解的是，在不脱离本发明的构思的情况下，可以对上述结构进行变化和修改，并且应当理解的是，这些构思意欲被所附权利要求所涵盖，除非这些权利要求中另有明文规定。

Claims (58)

1.电池，其具有包含固体离子传导性聚合物材料和多价金属的电极，其中所述多价金属的离子通过所述固体离子传导性聚合物进行离子传导，并且其中所述多价金属能够被可逆地输入和/或输出电池电极。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述多价金属分散在所述固体离子传导性聚合物材料中。
3.如权利要求1所述的电池，其中所述多价金属被所述固体离子传导性聚合物材料包封。
4.如权利要求1所述的电池，其中所述多价金属是粒化的，并且所述颗粒与所述固体离子传导性聚合物材料混合。
5.如权利要求4所述的电池，其中所述多价金属颗粒各自小于100微米。
6.如权利要求1所述的电池，其中所述电池电极是挤出的。
7.如权利要求1所述的电池，其进一步包含导电材料。
8.电池，其包括：
a.第一电池电极，其包含固体离子传导性聚合物和多价金属，其中所述多价金属的离子通过所述固体离子传导性聚合物进行传导；
b.第二电池电极；和
c.位于所述第一电池电极和第二电池电极之间的介电性、离子传导性、非电化学活性的电解质层，其中所述电解质层能够在所述第一电池电极和第二电池电极之间传输离子。
9.如权利要求8所述的电池，其中所述第二电池电极包含所述固体离子传导性聚合物材料和嵌入化合物。
10.如权利要求8所述的电池，其中所述第二电池电极包含所述固体离子传导性聚合物和电化学活性化合物，所述电化学活性化合物与所述多价离子反应。
11.如权利要求10所述的电池，其中所述电化学活性化合物是硫。
12.如权利要求10所述的电池，其中所述电化学活性化合物是二氧化锰。
13.如权利要求8所述的电池，其中所述电解质层包含所述固体离子传导性聚合物。
14.如权利要求13所述的电池，其中所述电解质层是挤出的。
15.如权利要求13所述的电池，其中所述电解质层是热成型的。
16.如权利要求8所述的电池，其中所述第一电池电极是热成型的。
17.如权利要求8所述的电池，其中所述多价金属是铝、镁或钙。
18.如权利要求8所述的电池，其中所述多价金属选自铝、钙、镁、锌、铁、钪、铬、铜及它们的组合。
19.如权利要求18所述的电池，其中所述电解质层包含所述固体离子传导性聚合物材料，并且其中所述第二电池电极包含所述固体离子传导性聚合物材料和电化学活性化合物，所述电化学活性化合物与所述多价离子电化学反应。
20.如权利要求1或8所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料具有：大于30％的结晶度；熔融温度；玻璃态；以及至少一种阳离子扩散离子和至少一种阴离子扩散离子，其中至少一种扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。
21.如权利要求20所述的电池，其中所述材料还包含多个电荷转移络合物。
22.如权利要求21所述的电池，其中所述材料包含多个单体，并且其中各电荷转移络合物位于单体上。
23.如权利要求20所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料在室温下的电子传导率小于1x10-8S/cm。
24.如权利要求1或8所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料是半结晶的，并包含：多个单体；多个电荷转移络合物，其中各电荷转移络合物位于单体上；并且其中所述固体离子传导性聚合物材料在室温下的电子传导率小于1x10-8S/cm。
25.如权利要求24所述的电池，其中所述材料的结晶度大于30％。
26.如权利要求24所述的电池，其中所述材料进一步包含阳离子扩散离子和阴离子扩散离子，各扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的，并且其中所述材料的结晶度大于30％。
27.如权利要求24所述的电池，其中所述电荷转移络合物通过聚合物和电子受体的反应形成。
28.如权利要求24所述的电池，其中所述材料具有玻璃态并且具有至少一种阳离子扩散离子和至少一种阴离子扩散离子，其中各扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。
29.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料的熔融温度大于250℃。
30.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料在室温下的离子传导率大于1.0x10-5S/cm。
31.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料包含单一阳离子扩散离子，其中所述阳离子扩散离子在室温下的扩散率大于1.0x10-12m2/s。
32.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料包含单一阴离子扩散离子，其中所述阴离子扩散离子在室温下的扩散率大于1.0x10-12m2/s。
33.如权利要求1或8所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，并且其中每个单体上存在至少一个阴离子扩散离子。
34.如权利要求1或8所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，并且其中每个单体上存在至少一个阳离子扩散离子。
35.如权利要求1或8所述的电池，其中每升材料中存在至少1摩尔的阳离子扩散离子。
36.如权利要求21所述的电池，其中所述电荷转移络合物通过聚合物、电子受体和离子化合物的反应形成，其中各阳离子扩散离子和阴离子扩散离子均是所述离子化合物的反应产物。
37.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料由至少一种离子化合物形成，其中所述离子化合物包含所述多价金属。
38.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料是热塑性的。
39.如权利要求20所述的电池，其中所述至少一种阳离子扩散离子中的一种具有大于1.0x10-12m2/s的扩散率。
40.如权利要求20所述的电池，其中所述至少一种阴离子扩散离子中的一种具有大于1.0x10-12m2/s的扩散率。
41.如权利要求20所述的电池，其中所述至少一种阴离子扩散离子和至少一种阳离子扩散离子中的一种具有大于1.0x10-12m2/s的扩散率。
42.如权利要求1或8所述的电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料包含多个单体，并且其中各单体包含位于所述单体的骨架中的芳香族环结构或杂环结构。
43.如权利要求42所述的电池，其中所述材料进一步包含掺入所述环结构中或位于与所述环结构相邻的骨架上的杂原子。
44.如权利要求43所述的电池，其中所述杂原子选自硫、氧或氮。
45.如权利要求44所述的电池，其中所述杂原子位于所述单体的与所述环结构相邻的骨架上。
46.如权利要求45所述的电池，其中所述杂原子是硫。
47.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料是π共轭的。
48.如权利要求1或8所述的电池，其中所述聚合物包含多个单体，其中单体的分子量大于100克/摩尔。
49.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料的离子传导率是各向同性的。
50.如权利要求1或8所述的电池，其在室温下的离子传导率大于1.0x10-4S/cm。
51.如权利要求1或8所述的电池，其在80℃的离子传导率大于1x10-3S/cm。
52.如权利要求1或8所述的电池，其在-40℃的离子传导率大于1x10-5S/cm。
53.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料是不易燃的。
54.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料的杨氏模量等于或大于3.0MPa。
55.如权利要求1或8所述的电池，其中所述材料是基础聚合物、电子受体和离子化合物的反应产物。
56.如权利要求55所述的电池，其中所述基础聚合物是液晶聚合物、无掺杂的共轭聚合物或PPS。
57.如权利要求55所述的电池，其中所述离子化合物包含所述多价金属。
58.如权利要求55所述的电池，其中所述电子受体是醌。
CN201680046545.3A 2015-06-08 2016-06-08 具有多价金属阳极的电池 Pending CN108140807A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562172467P 2015-06-08 2015-06-08
US62/172,467 2015-06-08
PCT/US2016/036403 WO2016200907A1 (en) 2015-06-08 2016-06-08 Battery with polyvalent metal anode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108140807A true CN108140807A (zh) 2018-06-08

Family

ID=57504132

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680040500.5A Pending CN108140882A (zh) 2015-06-08 2016-06-07 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池
CN201680046545.3A Pending CN108140807A (zh) 2015-06-08 2016-06-08 具有多价金属阳极的电池

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680040500.5A Pending CN108140882A (zh) 2015-06-08 2016-06-07 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11605819B2 (zh)
EP (2) EP3304634B1 (zh)
JP (3) JP6991861B2 (zh)
KR (2) KR102607433B1 (zh)
CN (2) CN108140882A (zh)
SG (2) SG10201911155XA (zh)
WO (2) WO2016200785A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828892A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种固态镁硫电池、制备方法及在深海中应用

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11152657B2 (en) 2012-04-11 2021-10-19 Ionic Materials, Inc. Alkaline metal-air battery cathode
US10559827B2 (en) 2013-12-03 2020-02-11 Ionic Materials, Inc. Electrochemical cell having solid ionically conducting polymer material
US11251455B2 (en) 2012-04-11 2022-02-15 Ionic Materials, Inc. Solid ionically conducting polymer material
US9819053B1 (en) 2012-04-11 2017-11-14 Ionic Materials, Inc. Solid electrolyte high energy battery
CN111341979A (zh) 2013-12-03 2020-06-26 离子材料公司 固体离子传导性聚合物材料及其应用
EP3127177B1 (en) 2014-04-01 2021-01-06 Ionic Materials, Inc. High capacity polymer cathode and high energy density rechargeable cell comprising the cathode
EP3304636A4 (en) 2015-06-04 2018-11-07 Ionic Materials, Inc. Lithium metal battery with solid polymer electrolyte
EP3304620A4 (en) 2015-06-04 2018-11-07 Ionic Materials, Inc. Solid state bipolar battery
CN108140882A (zh) 2015-06-08 2018-06-08 离子材料公司 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池
US11342559B2 (en) 2015-06-08 2022-05-24 Ionic Materials, Inc. Battery with polyvalent metal anode
CN110337746A (zh) 2017-01-26 2019-10-15 离子材料公司 具有固体聚合物电解质的碱性电池阴极
KR102256487B1 (ko) * 2017-07-06 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 고분자 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN111261930B (zh) * 2018-11-30 2021-05-07 杭州怡莱珂科技有限公司 一种铝离子电池固体电解质溶液与电池
CN110993955B (zh) * 2019-11-25 2021-09-24 深圳先进技术研究院 一种电池负极及其制备方法和二次电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2638489A (en) * 1951-03-07 1953-05-12 Ruben Samuel Primary cell
US6248474B1 (en) * 1997-11-04 2001-06-19 Nec Corporation Composite electrode for secondary battery and production method thereof
US6376123B1 (en) * 1994-11-23 2002-04-23 Polyplus Battery Company Rechargeable positive electrodes
US8227105B1 (en) * 2007-03-23 2012-07-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Unique battery with a multi-functional, physicochemically active membrane separator/electrolyte-electrode monolith and a method making the same
US20150155559A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-04 Ionic Materials, Inc. Solid, ionically conducting polymer material, and methods and applications for same

Family Cites Families (183)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI40176C (fi) * 1961-04-24 1968-11-11 Suuritehoinen galvaaninen paristo
US3336279A (en) * 1964-04-08 1967-08-15 Franklin Institute Polymerization of vinyl amino compounds with pi complex-forming electron acceptor compounds
US3502606A (en) 1966-01-19 1970-03-24 Celanese Corp Production of shaped polybenzimidazole articles
US4243732A (en) 1979-06-28 1981-01-06 Union Carbide Corporation Charge transfer complex cathodes for solid electrolyte cells
US4321314A (en) * 1980-09-02 1982-03-23 Duracell International Inc. Non-aqueous cell safety
US4465744A (en) 1982-11-30 1984-08-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Super ionic conductive glass
JPS59157151A (ja) 1983-02-28 1984-09-06 Dainippon Ink & Chem Inc 電気伝導性有機熱可塑性組成物
US4520083A (en) * 1983-03-02 1985-05-28 Standard Oil Company (Indiana) Non-aqueous electrochemical cell and electrolyte
US4720910A (en) 1987-06-16 1988-01-26 Mhb Joint Venture Method for preparing encapsulated cathode material
US4804594A (en) 1987-10-13 1989-02-14 Allied-Signal Inc. Predoped conductive polymers as battery electrode materials
US5227043A (en) 1989-01-07 1993-07-13 Hitachi Maxell, Ltd. Ionic conductive polymer electrolyte and cell comprising the same
US4925751A (en) 1989-04-26 1990-05-15 Shackle Dale R High power solid state electrochemical laminar cell
US5160880A (en) 1989-05-10 1992-11-03 Allied-Signal Inc. Method and apparatus for charging and testing batteries
US5147739A (en) 1990-08-01 1992-09-15 Honeywell Inc. High energy electrochemical cell having composite solid-state anode
CA2027690A1 (en) * 1990-10-18 1992-04-19 Christian Laing Plastic ampul
JP2940181B2 (ja) 1991-02-22 1999-08-25 松下電器産業株式会社 固形電極組成物
JPH0582114A (ja) 1991-09-18 1993-04-02 Fuji Photo Film Co Ltd 二次電池
US5506073A (en) 1992-06-22 1996-04-09 Arizona State University (Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting On Behalf Of Arizona State University) Lithium ion conducting electrolytes
US5917693A (en) * 1992-10-26 1999-06-29 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Electrically conductive polymer composition
US5378560A (en) 1993-01-21 1995-01-03 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery
US5403675A (en) 1993-04-09 1995-04-04 Maxdem, Incorporated Sulfonated polymers for solid polymer electrolytes
US5460905A (en) 1993-06-16 1995-10-24 Moltech Corporation High capacity cathodes for secondary cells
JP3406606B2 (ja) 1993-07-30 2003-05-12 バイエル・アクチエンゲゼルシヤフト ローリングミルにおけるポリウレタン、ポリカルバミドおよび／またはポリウレタン−ポリカルバミド材料の粉末化方法
US5340368A (en) 1993-08-04 1994-08-23 Valence Technology, Inc. Method for in situ preparation of an electrode composition
US5599355A (en) 1993-08-20 1997-02-04 Nagasubramanian; Ganesan Method for forming thin composite solid electrolyte film for lithium batteries
CA2111757C (en) 1993-12-17 2004-03-16 Lijun Bai Rechargeable manganese dioxide cathode
US5648187A (en) 1994-02-16 1997-07-15 Moltech Corporation Stabilized anode for lithium-polymer batteries
JP3578219B2 (ja) * 1994-04-25 2004-10-20 アイトゲネシッシェ マテリアルプリューフングス−ウント フォルシュングスアンシュタルト エーエムペーアー 高性能繊維複合材料ワイヤの固定システム
US5582937A (en) 1994-10-12 1996-12-10 Bipolar Technologies, Inc. Bipolar battery cells, batteries and methods
US5620811A (en) 1995-05-30 1997-04-15 Motorola, Inc. Lithium polymer electrochemical cells
US5989742A (en) * 1996-10-04 1999-11-23 The Research Foundation Of State University Of New York Blend membranes based on sulfonated poly(phenylene oxide) for enhanced polymer electrochemical cells
JP3702318B2 (ja) 1996-02-09 2005-10-05 日本電池株式会社 非水電解質電池用電極及びその電極を用いた非水電解質電池
JP3371320B2 (ja) 1996-07-08 2003-01-27 ソニー株式会社 高分子電解質の製造方法
US5688613A (en) 1996-04-08 1997-11-18 Motorola, Inc. Electrochemical cell having a polymer electrolyte
US6514640B1 (en) 1996-04-23 2003-02-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Cathode materials for secondary (rechargeable) lithium batteries
KR20000049093A (ko) 1996-10-11 2000-07-25 자르밀라 제트. 흐르벡 배터리용 중합체 전해질, 인터칼레이션 화합물 및 전극
US5888672A (en) 1997-02-12 1999-03-30 Gustafson; Scott D. Polyimide battery
WO1998042037A1 (en) 1997-03-17 1998-09-24 Motorola Inc. Electrochemical cell having a polymer blend electrolyte
US6210831B1 (en) 1997-12-19 2001-04-03 Moltech Corporation Cathodes comprising electroactive sulfur materials and secondary batteries using same
US6110619A (en) 1997-12-19 2000-08-29 Moltech Corporation Electrochemical cells with cationic polymers and electroactive sulfur compounds
US6074773A (en) 1998-03-06 2000-06-13 Ballard Power Systems Inc. Impregnation of microporous electrocatalyst particles for improving performance in an electrochemical fuel cell
US20030069343A1 (en) 1998-08-06 2003-04-10 Paul Smith Melt-processible poly(tetrafluoroethylene)
US6183914B1 (en) 1998-09-17 2001-02-06 Reveo, Inc. Polymer-based hydroxide conducting membranes
US6190426B1 (en) 1998-12-17 2001-02-20 Moltech Corporation Methods of preparing prismatic cells
US6274261B1 (en) 1998-12-18 2001-08-14 Aer Energy Resources, Inc. Cylindrical metal-air battery with a cylindrical peripheral air cathode
IT1307756B1 (it) 1999-02-05 2001-11-19 Ausimont Spa Polimeri elettroliti per batterie ricaricabili al litio.
FR2790330B1 (fr) 1999-02-25 2001-05-04 Cit Alcatel Electrode positive de generateur electrochimique rechargeable au lithium a collecteur de courant en aluminium
US20050112471A1 (en) 1999-02-26 2005-05-26 Muguo Chen Nickel zinc electrochemical cell incorporating dendrite blocking ionically conductive separator
US6849702B2 (en) 1999-02-26 2005-02-01 Robert W. Callahan Polymer matrix material
US6358651B1 (en) 1999-02-26 2002-03-19 Reveo, Inc. Solid gel membrane separator in rechargeable electrochemical cells
CA2268316C (fr) 1999-04-07 2003-09-23 Hydro-Quebec Composite enduction lipo3
US6652440B1 (en) 1999-05-04 2003-11-25 Moltech Corporation Electroactive polymers of high sulfur content for use in electrochemical cells
US6413676B1 (en) * 1999-06-28 2002-07-02 Lithium Power Technologies, Inc. Lithium ion polymer electrolytes
US6461724B1 (en) 1999-08-30 2002-10-08 3M Innovative Properties Company Microporous material resistant to capillary collapse
US6645675B1 (en) 1999-09-02 2003-11-11 Lithium Power Technologies, Inc. Solid polymer electrolytes
WO2001026175A1 (en) 1999-10-06 2001-04-12 Sarnoff Corporation Metal-air battery device
KR100515571B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기 화학 셀
US6815121B2 (en) 2000-07-31 2004-11-09 Electrovaya Inc. Particulate electrode including electrolyte for a rechargeable lithium battery
KR100429115B1 (ko) * 2000-09-29 2004-04-29 가부시끼가이샤 도시바 알루미늄을 음극에 사용한 전지
KR100378007B1 (ko) 2000-11-22 2003-03-29 삼성에스디아이 주식회사 리튬-황 전지용 양극 및 그를 포함하는 리튬-황 전지
JP2002358959A (ja) 2001-03-27 2002-12-13 Showa Denko Kk 正極活物質、その製造方法、該正極活物質を用いたペースト、正極及び非水電解質二次電池
US6727343B2 (en) 2001-04-17 2004-04-27 Phoenix Innovation, Inc. Heteroatomic polymer for more efficient solid polymer electrolytes for lithium batteries
ATE509380T1 (de) 2001-05-24 2011-05-15 Ray O Vac Corp Ionenleitendes additiv für zinkanoden in alkalischen elektrochemischen zellen
JP2002352799A (ja) 2001-05-30 2002-12-06 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池の製造方法
US7226549B2 (en) * 2001-12-10 2007-06-05 Uchicago Argonne, Llc High cation transport polymer electrolyte
US7033696B2 (en) 2002-02-12 2006-04-25 Plurion Systems, Inc. Electric devices with improved bipolar electrode
JP4088755B2 (ja) 2002-02-20 2008-05-21 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 非水電解質二次電池
WO2003088272A1 (fr) 2002-04-15 2003-10-23 Hitachi Maxell, Ltd. Electrolyte conducteur d'ions et pile l'utilisant
DE60305570T2 (de) 2002-04-24 2007-05-03 Merck Patent Gmbh Reaktive mesogene Benzodithiophene
JP4228593B2 (ja) 2002-05-29 2009-02-25 ソニー株式会社 非水電解質二次電池
US6916577B2 (en) 2002-07-31 2005-07-12 The Gillette Company Alkaline cell with polymer electrolyte
DE10240032A1 (de) 2002-08-27 2004-03-11 Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh Ionenleitender Batterieseparator für Lithiumbatterien, Verfahren zu deren Herstellung und die Verwendung derselben
US20050244696A1 (en) 2002-09-20 2005-11-03 Hidekazu Kuromatsu Proton conducting polymer film and method for production thereof
US20040076881A1 (en) 2002-10-17 2004-04-22 Bowden William L. Method of making a battery
US7070882B1 (en) * 2002-11-19 2006-07-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Reactive metal hydrogel/inert polymer composite anode and primary metal-air battery
US20040157101A1 (en) 2003-02-11 2004-08-12 Smedley Stuart I. Fuel cell electrode assembly
JP2004265675A (ja) 2003-02-28 2004-09-24 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池
US6936377B2 (en) 2003-05-13 2005-08-30 C. Glen Wensley Card with embedded IC and electrochemical cell
KR100563047B1 (ko) 2003-07-24 2006-03-24 삼성에스디아이 주식회사 양극 활물질 및 이를 이용한 리튬 2차 전지
US20050164085A1 (en) 2004-01-22 2005-07-28 Bofinger Todd E. Cathode material for lithium battery
JP4784043B2 (ja) 2004-01-28 2011-09-28 株式会社Ｉｈｉ 電池電極板及び電池電極板の製造方法
US7282295B2 (en) 2004-02-06 2007-10-16 Polyplus Battery Company Protected active metal electrode and battery cell structures with non-aqueous interlayer architecture
US7638049B2 (en) 2004-03-30 2009-12-29 Celgard Inc. Three-port high performance mini hollow fiber membrane contactor
US20050287441A1 (en) 2004-06-23 2005-12-29 Stefano Passerini Lithium polymer electrolyte batteries and methods of making
JP4664626B2 (ja) 2004-07-05 2011-04-06 ポリマテック株式会社 イオン伝導性高分子電解質膜及びその製造方法
US7651647B1 (en) 2004-07-15 2010-01-26 Pacesetter, Inc. Method for producing highly conductive battery electrodes
JP2006032135A (ja) 2004-07-16 2006-02-02 Toyota Motor Corp 固体高分子電解質膜の製造方法、固体高分子電解質膜、およびこれを備える燃料電池
JP2006049122A (ja) 2004-08-05 2006-02-16 Nippon Zeon Co Ltd 高分子固体電解質組成物、高分子固体電解質成形体および電池
JP5122063B2 (ja) 2004-08-17 2013-01-16 株式会社オハラ リチウムイオン二次電池および固体電解質
JP4734912B2 (ja) 2004-12-17 2011-07-27 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池およびその製造方法
GB0428444D0 (en) 2004-12-29 2005-02-02 Cambridge Display Tech Ltd Conductive polymer compositions in opto-electrical devices
JP4577024B2 (ja) 2005-01-27 2010-11-10 日産自動車株式会社 真性ポリマー電池用電極
US20130084507A1 (en) 2005-02-17 2013-04-04 Johnson Ip Holding, Llc Non-volatile cathodes for lithium oxygen batteries and method of producing same
JP2008543002A (ja) 2005-05-26 2008-11-27 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー 高電圧及び高比容量デュアルインターカレーション電極Ｌｉイオンバッテリー
WO2006129991A1 (en) 2005-06-03 2006-12-07 Hee Jung Kim Anion receptor and electrolyte using the same
JP4736580B2 (ja) 2005-07-12 2011-07-27 日産自動車株式会社 バイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両
KR100686816B1 (ko) 2005-07-22 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
DE102005042372B3 (de) 2005-09-07 2007-01-18 Dräger Medical AG & Co. KG Medizinische Geräte mit keimreduzierenden Oberflächen, diese enthaltende Atemschutzmasken sowie deren Verwendung
JP5103721B2 (ja) 2005-09-13 2012-12-19 住友ベークライト株式会社 電解質樹脂組成物、イオン伝導性電解質及びそれを用いた二次電池
US20080199755A1 (en) 2005-09-17 2008-08-21 Ian David Brotherston Conductive polymers
US9136540B2 (en) 2005-11-14 2015-09-15 Spectrum Brands, Inc. Metal air cathode manganese oxide contained in octahedral molecular sieve
US7766896B2 (en) 2006-04-25 2010-08-03 Boston Scientific Scimed, Inc. Variable stiffness catheter assembly
US7807296B2 (en) 2006-08-23 2010-10-05 Roval, Inc. Copper-manganese mixed oxide cathode material for use in alkaline cells having high capacity
US20080066297A1 (en) 2006-09-19 2008-03-20 Caleb Technology Corporation Forming Solid Electrolyte Interface Layer on Lithium-Ion Polymer Battery Electrode
EP1923934A1 (de) 2006-11-14 2008-05-21 Fortu Intellectual Property AG Wiederaufladbare elektrochemische Batteriezelle
JP2008269972A (ja) 2007-04-20 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd 非水溶媒二次電池
TWI353362B (en) 2007-05-14 2011-12-01 Univ Nat Sun Yat Sen Solid polymer electrolyte, method for manufacturin
JP2009084090A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujifilm Corp 表面修飾カーボン材料およびその製造方法
US8268488B2 (en) 2007-12-21 2012-09-18 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film electrolyte for thin film batteries
JP5102056B2 (ja) 2008-01-31 2012-12-19 株式会社オハラ 固体電池およびその電極の製造方法
JP2011520214A (ja) 2008-03-25 2011-07-14 エイ １２３ システムズ，インク． 高エネルギー高出力電極および電池
ES2698073T3 (es) 2008-04-22 2019-01-30 Datec Coating Corp Elemento calefactor de película gruesa, aislada, termoplástica a altas temperaturas
WO2009135030A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Battelle Memorial Institute Metal-air battery
BRPI0915980A2 (pt) * 2008-07-25 2019-09-24 Sony Corp E Sony Electronics Inc eletrólito compósito condutor de próton, conjunto de eletrodo de membrana, e, dispositivo eletroquímico.
JP4728385B2 (ja) 2008-12-10 2011-07-20 ナミックス株式会社 リチウムイオン二次電池、及び、その製造方法
KR20110124233A (ko) 2009-02-11 2011-11-16 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 다공성 유기 입자를 포함하는 중합체 전해질
CN102317348A (zh) 2009-02-11 2012-01-11 陶氏环球技术有限责任公司 延性聚合物粘合剂和使用其的电池组元件
US20100227224A1 (en) 2009-03-06 2010-09-09 Seeo, Inc High performance sulfur-based dry polymer electrodes
WO2010111308A1 (en) 2009-03-23 2010-09-30 Tda Research, Inc. Liquid electrolyte filled polymer electrolyte
JP5638058B2 (ja) 2009-03-27 2014-12-10 ゼットパワー， エルエルシー 改善されたカソード
US8753594B1 (en) * 2009-11-13 2014-06-17 Simbol, Inc. Sorbent for lithium extraction
SG175230A1 (en) 2009-04-30 2011-11-28 Univ Florida Single wall carbon nanotube based air cathodes
CN102473898B (zh) 2009-07-01 2015-03-04 日本瑞翁株式会社 二次电池用电极、二次电池电极用浆料及二次电池
JP5526636B2 (ja) 2009-07-24 2014-06-18 ソニー株式会社 非水電解質二次電池の正極活物質、非水電解質二次電池の正極および非水電解質二次電池
WO2011014818A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Revolt Technology Ltd. Air electrode with binder materials and manufacturing methods for air electrode
JP2013503436A (ja) 2009-08-25 2013-01-31 コーロン インダストリーズ インク 燃料電池用の高分子電解質膜及びその製造方法
KR20120089655A (ko) 2009-09-04 2012-08-13 플렉스트로닉스, 인크 광기전력 전지 및 디케톤 기재 중합체를 비롯한, 유기 전자 소자 및 중합체
CN102630353B (zh) 2009-09-30 2014-12-10 日本瑞翁株式会社 二次电池用多孔膜及二次电池
US8236452B2 (en) 2009-11-02 2012-08-07 Nanotek Instruments, Inc. Nano-structured anode compositions for lithium metal and lithium metal-air secondary batteries
JP5399206B2 (ja) 2009-11-04 2014-01-29 マツダ株式会社 金属部材の接合方法および金属接合体
KR101439716B1 (ko) 2010-02-10 2014-09-12 고쿠리츠다이가쿠호진 미에다이가쿠 고체 전해질용 조성물, 고체 전해질, 리튬 이온 2차 전지 및 리튬 이온 2차 전지의 제조방법
US20110223477A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Nelson Jennifer A Alkaline battery including lambda-manganese dioxide and method of making thereof
US9105908B2 (en) 2010-03-29 2015-08-11 Schott Ag Components for battery cells with inorganic constituents of low thermal conductivity
GB201006327D0 (en) 2010-04-15 2010-06-02 Linde Ag Gas treatment methods
JP2011228219A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Toyobo Co Ltd マグネシウム二次電池用電解質
US20110274990A1 (en) 2010-05-07 2011-11-10 Yang G Xu Methanol and Hydrogen Peroxide Fuel Cell with Hydroxyl Ion Exchange Membrane
US9673478B2 (en) 2010-05-12 2017-06-06 Lawrence Livermore National Security, Llc Multi-layer coatings for bipolar rechargeable batteries with enhanced terminal voltage
US9590268B2 (en) 2010-05-19 2017-03-07 Seeo, Inc. High temperature lithium cells with solid polymer electrolytes
KR101953399B1 (ko) 2010-09-13 2019-05-22 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 이온성 겔 전해질, 에너지 저장 장치, 및 이의 제조 방법
US9466853B2 (en) * 2010-09-30 2016-10-11 Ut-Battelle, Llc High energy density aluminum battery
US20120251897A1 (en) * 2010-09-30 2012-10-04 Empire Technology Development Llc Aluminum Air Battery Including a Composite Anode
EP2450907B1 (en) 2010-11-05 2014-02-12 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Alkaline single ion conductors with high conductivity and transference number and methods for preparing the same
US8859143B2 (en) 2011-01-03 2014-10-14 Nanotek Instruments, Inc. Partially and fully surface-enabled metal ion-exchanging energy storage devices
CN103329342A (zh) * 2011-01-19 2013-09-25 住友化学株式会社 铝空气电池
TWI433373B (zh) * 2011-02-16 2014-04-01 Taiwan Textile Res Inst 固態電解質的製備方法及其應用
JP6003889B2 (ja) 2011-05-31 2016-10-05 日本ゼオン株式会社 リチウム二次電池正極用複合粒子、リチウム二次電池正極用複合粒子の製造方法、リチウム二次電池用正極の製造方法、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
CN103748738B (zh) 2011-06-17 2016-11-23 流体公司 具有离子交换材料的金属-空气电池
WO2013051302A1 (ja) 2011-10-05 2013-04-11 国立大学法人東北大学 二次電池
TWI449741B (zh) * 2011-12-07 2014-08-21 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci Preparation of Solid State Polymer Electrolyte Membrane
US20130189589A1 (en) 2012-01-23 2013-07-25 Masdar Institute Of Science And Technology Fabrication of cellulose polymer composites and their application as solid electrolytes
US11152657B2 (en) 2012-04-11 2021-10-19 Ionic Materials, Inc. Alkaline metal-air battery cathode
US11319411B2 (en) 2012-04-11 2022-05-03 Ionic Materials, Inc. Solid ionically conducting polymer material
US11251455B2 (en) 2012-04-11 2022-02-15 Ionic Materials, Inc. Solid ionically conducting polymer material
US10559827B2 (en) 2013-12-03 2020-02-11 Ionic Materials, Inc. Electrochemical cell having solid ionically conducting polymer material
US10199657B2 (en) 2012-04-11 2019-02-05 Ionic Materials, Inc. Alkaline metal-air battery cathode
US9819053B1 (en) 2012-04-11 2017-11-14 Ionic Materials, Inc. Solid electrolyte high energy battery
GB201213832D0 (en) 2012-08-03 2012-09-19 Johnson Matthey Plc Cathode
CN104981426B (zh) 2012-09-12 2019-09-17 德雷塞尔大学 作为电池膜的聚合的离子性液体嵌段共聚物
JP2014067638A (ja) 2012-09-26 2014-04-17 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系二次電池用炭素材、及び負極並びに、非水系二次電池
US8936878B2 (en) 2012-11-20 2015-01-20 Dreamweaver International, Inc. Methods of making single-layer lithium ion battery separators having nanofiber and microfiber components
KR102204513B1 (ko) 2013-02-05 2021-01-19 에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨 합성 고체 전해질 계면을 갖는 전극 재료
KR102038621B1 (ko) 2013-02-14 2019-10-30 삼성전자주식회사 고체이온전도체, 이를 포함하는 고체전해질, 이를 포함하는 리튬전지, 및 이의 제조방법
WO2014165068A1 (en) 2013-03-13 2014-10-09 Miles Melvin H Lithium-air battery for electric vehicles and other applications using molten nitrate electrolytes
US20150068069A1 (en) * 2013-07-27 2015-03-12 Alexander Bach Tran Personally powered appliance
US9059481B2 (en) 2013-08-30 2015-06-16 Nanotek Instruments, Inc. Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same
US9812736B2 (en) 2013-09-03 2017-11-07 Nanotek Instruments, Inc. Lithium-selenium secondary batteries having non-flammable electrolyte
JP6085370B2 (ja) 2013-11-08 2017-02-22 株式会社日立製作所 全固体電池、全固体電池用電極及びその製造方法
US9228717B2 (en) * 2013-11-28 2016-01-05 Lg Display Co., Ltd. Quantum rod compound including electron acceptor and quantum rod luminescent display device including the same
EP3084863B1 (en) 2013-12-19 2017-10-11 Basf Se Polymer for use as protective layers and other components in electrochemical cells
JP5851541B2 (ja) 2014-03-14 2016-02-03 株式会社東芝 非水電解質電池
EP3127177B1 (en) 2014-04-01 2021-01-06 Ionic Materials, Inc. High capacity polymer cathode and high energy density rechargeable cell comprising the cathode
CN107078232B (zh) * 2014-07-14 2021-03-26 科慕埃弗西有限公司 具有防止燃烧的改善安全性的锂离子电池
US20160118685A1 (en) 2014-10-24 2016-04-28 Battelle Memorial Institute Methods and compositions for lithium ion batteries
US9859531B2 (en) 2015-02-06 2018-01-02 Ovonic Battery Company, Inc. Alkaline and non-aqueous proton-conducting pouch-cell batteries
ES2540171B1 (es) * 2015-04-29 2016-04-21 Albufera Energy Storage, S.L. Celda electroquímica de aluminio-manganeso
EP3304620A4 (en) 2015-06-04 2018-11-07 Ionic Materials, Inc. Solid state bipolar battery
EP3304636A4 (en) 2015-06-04 2018-11-07 Ionic Materials, Inc. Lithium metal battery with solid polymer electrolyte
US11342559B2 (en) 2015-06-08 2022-05-24 Ionic Materials, Inc. Battery with polyvalent metal anode
CN108140882A (zh) 2015-06-08 2018-06-08 离子材料公司 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池
KR102002405B1 (ko) 2016-03-29 2019-07-23 주식회사 엘지화학 전극 슬러리의 제조방법
CN110337746A (zh) 2017-01-26 2019-10-15 离子材料公司 具有固体聚合物电解质的碱性电池阴极
US10084182B2 (en) 2017-02-23 2018-09-25 Nanotek Instruments, Inc. Alkali metal-sulfur secondary battery containing a protected sulfur cathode and manufacturing method
JP6714172B2 (ja) 2017-09-28 2020-06-24 富士フイルム株式会社 固体電解質組成物、固体電解質含有シート及び全固体二次電池、並びに、固体電解質含有シート及び全固体二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2638489A (en) * 1951-03-07 1953-05-12 Ruben Samuel Primary cell
US6376123B1 (en) * 1994-11-23 2002-04-23 Polyplus Battery Company Rechargeable positive electrodes
US6248474B1 (en) * 1997-11-04 2001-06-19 Nec Corporation Composite electrode for secondary battery and production method thereof
US8227105B1 (en) * 2007-03-23 2012-07-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Unique battery with a multi-functional, physicochemically active membrane separator/electrolyte-electrode monolith and a method making the same
US20150155559A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-04 Ionic Materials, Inc. Solid, ionically conducting polymer material, and methods and applications for same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828892A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种固态镁硫电池、制备方法及在深海中应用
CN110828892B (zh) * 2019-11-18 2023-02-03 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种固态镁硫电池、制备方法及在深海中应用

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180035781A (ko) 2018-04-06
EP3304621A1 (en) 2018-04-11
SG10201911155XA (en) 2020-01-30
JP6991861B2 (ja) 2022-02-03
JP2018517260A (ja) 2018-06-28
JP2018521467A (ja) 2018-08-02
US20180175372A1 (en) 2018-06-21
WO2016200907A1 (en) 2016-12-15
JP2021132045A (ja) 2021-09-09
EP3304634B1 (en) 2022-08-03
EP3304634A1 (en) 2018-04-11
US11605819B2 (en) 2023-03-14
KR102607433B1 (ko) 2023-11-27
JP7160534B2 (ja) 2022-10-25
EP3304621A4 (en) 2018-11-14
WO2016200785A1 (en) 2016-12-15
EP3304634A4 (en) 2019-01-16
SG10201911153PA (en) 2020-02-27
KR20180036691A (ko) 2018-04-09
CN108140882A (zh) 2018-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108140807A (zh) 具有多价金属阳极的电池
US11342559B2 (en) Battery with polyvalent metal anode
US11319411B2 (en) Solid ionically conducting polymer material
Thangadurai et al. Garnet-type solid-state fast Li ion conductors for Li batteries: critical review
CN108140805A (zh) 固态双极性电池
Li et al. NaSICON: A promising solid electrolyte for solid‐state sodium batteries
US11251455B2 (en) Solid ionically conducting polymer material
Minami et al. Electrical and electrochemical properties of glass–ceramic electrolytes in the systems Li2S–P2S5–P2S3 and Li2S–P2S5–P2O5
CN108028406A (zh) 固体离子传导性聚合物材料
CN1910770B (zh) 二次电池电极活性材料及其制造方法
CN108352565A (zh) 具有固体聚合物电解质的锂金属电池
CN109417182A (zh) 固体离子传导性聚合物材料
Ardel et al. Rechargeable lithium/hybrid-electrolyte/pyrite battery
Hibino et al. A new rechargeable sodium battery utilizing reversible topotactic oxygen extraction/insertion of CaFeO z (2.5≤ z≤ 3) in an organic electrolyte
Hu et al. In-situ construction of dual lithium-ion migration channels in polymer electrolytes for lithium metal batteries
Souamti et al. Synthesis, characterization and electrical properties of Na6M (SO4) 4 (M= Co, Ni, Cu) vanthoffite materials
Karuppasamy et al. Effect of succinonitrile and nano-hydroxyapatite on ionic conductivity and interfacial stability of polyether-based plasticized nanocomposite polymer electrolytes (PNCSPE)
CN115911530A (zh) 一种锂氮卤化物固态电解质及制备方法与应用
Umeshbabu et al. Garnet-Type Lithium Metal Fluorides: A Potential Solid Electrolyte for Solid-State Batteries
Wu et al. Effect of calcination temperature on electrochemical performances of LiFePO4/C cathode material
WO2005011032A1 (fr) Electrolyte solide vitreux inorganique et procede de fabrication correspondant
Van et al. Polyethyleneoxide–dihydrophenazine block copolymer as a cathode material for lithium–polymer batteries
Kaydanik Novel gel polymer electrolyte for lithium-ion batteries
Whittingham The Origins of the Lithium Battery
Lu et al. Recent Progresses of Aqueous Zinc‐Ion Batteries and Their Prospects in the Field of Smart City

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180608

RJ01 Rejection of invention patent application after publication