JP2014524917A - イオン液体ナノスケールイオン性材料(il−nim)の組成物、方法および用途 - Google Patents
イオン液体ナノスケールイオン性材料(il−nim)の組成物、方法および用途 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014524917A JP2014524917A JP2014520243A JP2014520243A JP2014524917A JP 2014524917 A JP2014524917 A JP 2014524917A JP 2014520243 A JP2014520243 A JP 2014520243A JP 2014520243 A JP2014520243 A JP 2014520243A JP 2014524917 A JP2014524917 A JP 2014524917A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cation moiety
- material composition
- nanoparticles
- lithium
- group
- 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
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- 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
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- 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
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
-
- 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
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- 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
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0045—Room temperature molten salts comprising at least one organic ion
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本願は、以下の(1)および(2)に関連し、以下の(1)および(2)の優先権に由来する。
(1)米国仮特許出願番号第61/506,226号、出願日:2011年7月11日、タイトル:Ionic Liquid Tethered Nanoparticle Hybrid Electrolytes、および
(2)米国仮特許出願番号第61/657,252号、出願日:2012年6月8日、同様のタイトル:Ionic liquid Tethered Nanoparticle Hybrid Electrolytes
これら両方の出願の内容は、本明細書中に参考として全て援用される。
本明細書中に開示されるような実施形態および本明細書中にて特許請求されるような発明に至る研究は、奨学金番号DMR−0079992のもとで米国科学財団(United States National Science Foundation)から出資されたものである。米国政府は、本明細書中にて特許請求される発明の権利を有する。
発明の分野
実施形態は、概して、イオン液体ナノスケールイオン性材料(ionic-liquid nanoscale ionic material)(IL−NIM)の組成物に関する。より具体的には、実施形態は、イオン液体ナノスケールイオン性材料の電解質組成物に関する。
アノードとしてリチウム(Li)金属を含む二次電池は、それらが電気エネルギー貯蔵のための最も高い公知のエネルギー密度のうちの1つを提供するので、魅力的である。しかし、不運にも、最も現在で使用される電解質は、リチウム金属アノードとともに使用するのに適していない。なぜなら、これらの電解質は、典型的なセル(又は電池)の電位において安定でないからである。さらに、このような電解質は、また、電池(又はバッテリー)のチャージ(又は充電)およびディスチャージ(又は放電)の反復サイクルの間に、リチウムのデンドライトの成長を軽減しない。このようなリチウムのデンドライトの成長は、リチウム二次電池内において、望ましくない。なぜなら、このようなリチウムのデンドライトの成長は、二次リチウム電池内でのショートをもたらし得るからである。
実施形態は、以下の(1)〜(4)を含む。
(1)イオン液体ナノスケールイオン性材料(IL−NIM)を製造(又は調製)する方法
(2)IL−NIM
(3)IL−NIMを含む電池電解質組成物、および
(4)IL−NIMを含む電池電解質組成物を含む電池
(1)少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、および
(2)対アニオンであって、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位のそれぞれが1つ(又は1種)のナノ粒子に繋がれている、対アニオン。
(1)少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、および
(2)対アニオンであって、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位のそれぞれが少なくとも1つ(又は1種)のナノ粒子に繋がれている、対アニオン
また、この他の具体的な材料組成物は、リチウム塩を含む。
(1)複数(又は複数種)のナノ粒子、および
(2)複数(又は複数種)のイオン液体分子であり、そのそれぞれが以下の(a)および(b)を含むもの
(a)少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、および、
(b)対アニオンであって、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位のそれぞれが少なくとも1つ(又は1種)のナノ粒子に繋がれている、対アニオン
本実施形態は、リチウム電池(リチウム金属電池またはリチウムイオン電池などが挙げられるが、これらに限定されない)において使用するための電池電解質組成物中に使用され得るIL−NIMを調製するための方法、ならびにIL−NIM、ならびに電池電解質組成物中にIL−NIMを含む電池(又はバッテリー)を提供する。本実施形態に従う電池電解質組成物は、イオン液体ナノスケールイオン性材料(ionic-liquid nanoscale ionic material)(IL−NIM)を含み、これは以下の(1)〜(3)を含む。
(1)金属酸化物ナノ粒子
(2)金属酸化物ナノ粒子に繋がれる少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位
(3)上記の少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位に関連(又は結合)する対アニオンであって、上記の少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位の平衡(又はバランス)を保つように電荷を与える対アニオン
また、この電池電解質組成物は、リチウム塩を含むが、典型的には、IL−NIMと同一である対アニオンを含む必要はない。
本実施形態は、図1Aの化学的な構造に関連した範囲内で示されるように、ナノ粒子(ならびに他の絶縁性の無機金属酸化物ナノ構造物(これもナノ粒子と考えられ得るものである))として一般に考えられ得る硬質の無機ZrO2ナノ構造物にILを繋げることによって作製される溶媒なしの電解質のファミリーを提供する。イオン液体ナノスケールイオン性材料(IL−NIM)との用語、すなわち、これらの流体は、例外的な酸化還元の安定性の窓(ウィンド)を示し、優れた熱安定性、良好なLi輸率、リチウムアノードの存在下での長期の界面安定性、ならびにリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)塩(又は他のリチウム塩、好ましくは比較的に嵩高い(バルキー)アニオンを含むもの)でドープ(又はドーピング)された場合に適切なイオン伝導度を示す。さらに、機械的な特徴付(又はキャラクタリゼーション)の測定によって、これらIL−NIMのせん断弾性率が、それらの繋がれていないイオン液体の前駆体よりも桁ちがいで大きいことを示す。これらの同一の測定(結果)は、IL−NIM電解質が、軟質ガラスと呼ばれる降伏材料のクラスに属することを示し、ここで各ナノスケールの有機−無機ハイブリッドのビルディングブロックは、平均の熱エネルギー(kT)よりも何倍も深いポテンシャルエネルギーの井戸に捕捉される。従って、Liイオンを拡散させる観点、またはLiデンドライトを前方(又はフロント)に移動させる観点から見ると、IL−NIM電池電解質は、調節可能な多孔質の化学、寸法、屈曲度および表面化学を有する多孔質の固体に類似する(例えば、コア粒子および/またはILリガンドの化学、寸法およびグラフト密度を変更することによる)。入手可能なナノ粒子およびイオン液体の化学の既に大きなライブラリーの利点を利用して、IL−NIMによって、二次リチウム金属電池およびリチウムイオン電池の用途において、例外的な電気化学、機械および熱に安定性を有する新たなハイブリッドの電池電解質を設計するための新たな展望が開かれる。
(1)ナノ粒子
(2)イオン液体分子であって、以下の(a)および(b)を含むもの
(a)ナノ粒子に繋がれる少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位
(b)上記の少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位に関連(又は結合)する対アニオンであって、上記の少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位の平衡(又はバランス)を保つように電荷を与える対アニオン
図1Aは、1つ(又は1種)のイオン液体分子を示し、これは、縮合したアルコキシシランのリンケージ(又は結合)を介して、1つ(又は1種)のナノ粒子に繋がれる窒素カチオン部位を含むが、その一方で、この実施形態によって、IL−NIM組成物を調製するための方法において、および多官能のイオン液体によってナノ粒子の架橋を避けるためのIL−NIM組成物において、各イオン液体分子内の特定のカチオン部位が、1つ(又は1種)のナノ粒子のみに繋がれることが考えられるが、本実施形態によって、各ナノ粒子は、そこに1よりも多くのイオン液体分子内で1よりも多くのカチオン部位、一般的には、約10〜約1000のイオン液体分子内で、約10〜約1000のカチオン部位、より好ましくは、約50〜約500のイオン液体分子内で、約50〜約500のカチオン部位が繋がれていてもよいことが意図される。
(1)ナノ粒子のいずれにも繋がれないイオン液体材料
(2)カーボネート、エーテル、アセトアミド、アセトニトリル、対称スルホン(symmetric sulfones)、1,3−ジオキソラン、グライム、シロキサン、および上記の溶媒のブレンドを含む群から選択される溶媒であって、これらに限定されるものではない。
(3)ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、パーフルオロ化ポリマー、および上記のポリマーのブレンドを含む群から選択されるポリマーであって、これらに限定されるものではない。
典型的には、ホストの材料は、IL−NIM:ホスト材料の重量比が約1:900〜約900:1、より好ましくは約1:10〜約40:1で存在する。
A.実験結果
この実験の部において第1の実施形態として開示されるIL−NIMは、1段階(又はシングルポット)の合成で、図1Aに示すように、イミダゾリウムに基づくILをジルコニア(ZrO2)のナノ粒子に共有結合で繋げることによって調製した。IL前駆体を一般的に従来の方法を使用して合成し、ZrO2ナノ粒子のコアを修正ストーバー法(Stober)のスキームを用いて作製した。同様のアプローチを使用して、ほとんど他の金属酸化物コアのナノ粒子材料に基づくIL−NIMを作製してもよい。図1Bに示す通り、光散乱測定の結果によって、平均粒径が、86±2nmであること、および関連する粒径分布が狭いことが示される。図1Cへの挿入写真によって、1MのLiTFSIを含むIL−NIM電池電解質が、室温でゲル様の流体であることが示される。図1Cに示される通り、かかる電池電解質の透過型電子顕微鏡(TEM)の像によって、これらはナノ構造物の密な集合(又はコレクション)を含んで成るハイブリッドであることが示される。
IL前駆体(1−ウンドシルトリメトキシシラン−3−ブチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)を従来の文献の手順を用いて合成した。ILの純度を核磁気共鳴(NMR)分光法を用いて確認した。このようにして調製したILを、修正したストーバータイプのゾルゲル法を用いて、1段階(又はシングルポット)の合成でZrO2ナノ粒子に繋げた。典型的な反応では、0.4mLのジルコニウムイソ(ブトキシド)および0.4mLの0.1MのKCLを100mLの無水エタノール中で混合した。約20分後、溶液が懸濁したとき、これはZrO2ナノ粒子の形成を示し、3gのILを添加して、内容物を少なくとも48時間にわたって撹拌した。ILが繋がれたZrO2ナノ粒子を遠心分離して無水エチルエーテルで洗浄することにより回収した。
上記で示す通り、本実施形態によって、IL−NIMを調製するときに使用するジルコニアのナノ粒子だけでなく、いくつかの金属酸化物ナノ粒子が考えられ、さらにIL−NIMで述べた電池電解質も考えられる。従って、金属酸化物ナノ粒子の具体的な流行および一般的な選択はシリカである。そのため、シリカベースのIL−NIMは、上記のジルコニアベースのIL−NIMと比較して、一般に類似する処理シーケンスを用いて調製された。かかるシリカベースのIL−NIMを調製するための具体的な処理スキームを図11に示す。図11に関連する範囲内で使用される処理スキームは、図1に示されるIL−NIMを提供するための第1の実施形態に従って使用され得る処理スキームと一般的に類似する。ただし、メチル−プロピル−イミダゾリウム窒素カチオン材料を使用することを除く。
上述の実施形態に関する限り、かかる実施形態は、ジルコニアに基づくIL−NIMおよびシリカに基づくIL−NIMの材料について予測され、これらは、かかるジルコニアに基づくIL−NIMおよびシリカに基づくIL−NIMの材料の電池電解質、特にリチウム電池電解質での適用の一貫した実例であり、さらなる実施形態が、IL−NIM材料の電池電解質の特性に関する更なる改良に関することが意図される。
上記で述べた通り、本実施形態に従う電池電解質に関連する範囲内において望ましいものは、リチウムのデンドライトの成長を抑制する電池電解質である。
この具体的な実施形態もまた第2の実施形態に従う電池電解質組成物に由来する。
Claims (33)
- 金属酸化物前駆体材料の反応によって、複数の金属酸化物ナノ粒子を溶液中の系中で調製すること、および
ナノ粒子が繋がれたイオン液体ナノスケールイオン性材料であって架橋のないものを提供するために、イオン液体で官能化されたカップリング剤材料と、前記複数の金属酸化物ナノ粒子とを溶液中の系中で反応させること
を含む、材料組成物の製造方法。 - 前記複数の金属酸化物ナノ粒子は、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、バナジアおよびジルコニアの金属酸化物から成る群から選択される金属酸化物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記イオン液体で官能化されたカップリング剤材料が、イオン液体で官能化されたアルコキシシランを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記調製が、アルコキシドの縮合反応を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記調製が、金属ハライド加水分解反応を用いる、請求項1に記載の方法。
- 複数のナノ粒子、および
複数のイオン液体分子
を含む材料組成物であって、
前記イオン液体分子が、それぞれ、
少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、ならびに
対アニオンであって、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位のそれぞれが1つのナノ粒子のみに繋がれている、対アニオン
を含む、
材料組成物。 - 前記複数のナノ粒子のいずれにも繋がれていないホスト材料を更に含む、請求項6に記載の材料組成物。
- 前記ホスト材料が、複数の追加のイオン液体分子を含む、請求項7に記載の材料組成物。
- 前記ホスト材料が、
溶媒であって、カーボネート、エーテル、アセトアミド、アセトニトリル、対称スルホン、1,3−ジオキソラン、グライム、シロキサンおよび前記溶媒のブレンドから成る群から選択される溶媒、ならびに
ポリマーであって、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、パーフルオロ化ポリマーおよび前記ポリマーのブレンドから成る群から選択されるポリマー
から成る群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項7に記載の材料組成物。 - 前記複数のナノ粒子のそれぞれの直径が約2〜約1000ナノメートルである、請求項6に記載の材料組成物。
- 前記複数のナノ粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、バナジアおよびジルコニアの金属酸化物材料から成る群から選択される金属酸化物材料を含む、請求項6に記載の材料組成物。
- 前記窒素カチオン部位が、イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピペリジニウムおよびピロリジニウムの窒素カチオン部位から成る群から選択される、請求項6に記載の材料組成物。
- 前記対アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロアセテート、アセテート、ニトレート、クロリド、ブロミド、ヨージド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、ジシアナミド、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロアルセネートおよびテトラクロロアルミネートの対アニオンから成る群から選択される、請求項6に記載の材料組成物。
- 前記少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位が、共有結合で前記1つのナノ粒子に繋がれている、請求項6に記載の材料組成物。
- 複数のナノ粒子、
複数のイオン液体分子、および
リチウム塩
を含む材料組成物であって、
前記イオン液体分子が、それぞれ、
少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、ならびに
対アニオン
を含み、
前記リチウム塩において、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位のそれぞれが、少なくとも1つのナノ粒子に繋がれる、
材料組成物。 - 前記複数のナノ粒子のいずれにも繋がれていないホスト材料を更に含む、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記ホスト材料が、複数の追加のイオン液体分子を含む、請求項16に記載の材料組成物。
- 前記ホスト材料が、
溶媒であって、カーボネート、エーテル、アセトアミド、アセトニトリル、対称スルホン、1,3−ジオキソラン、グライム、シロキサンおよび前記溶媒のブレンドから成る群から選択される溶媒、ならびに
ポリマーであって、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、パーフルオロ化ポリマーおよび前記ポリマーのブレンドから成る群から選択されるポリマー
から成る群から選択される少なくとも1つの材料を含む、
請求項16に記載の材料組成物。 - 前記複数のナノ粒子のそれぞれの直径が、約2〜約1000ナノメートルである、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記複数のナノ粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、バナジアおよびジルコニアの金属酸化物材料から成る群から選択される金属酸化物材料を含む、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記窒素カチオン部位が、イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピペリジニウムおよびピロリジニウムの窒素カチオン部位から成る群から選択される、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記対アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロアセテート、アセテート、ニトレート、クロリド、ブロミド、ヨージド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、ジシアナミド、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネートおよびテトラクロロアルミネートの対イオンから成る群から選択される、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位が、1つのナノ粒子に繋がれている、請求項15に記載の材料組成物。
- 前記リチウム塩が、少なくとも1つのリチウムテトラフルオロボレート、リチウムヘキサフルオロホスフェート、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウムトリフルオロメタンスルホネート、リチウムトリフルオロアセテート、リチウムアセテート、リチウムニトレート、リチウムパークロレート、リチウムヘキサフルオロアルシネート、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、リチウムジシアナミド、リチウムテトラクロロアルミネートおよびリチウムヘキサフルオロアンチモネートのリチウム塩を含む、請求項15に記載の材料組成物。
- 複数のナノ粒子、および
複数のイオン液体分子
を含む材料組成物を含む電解質を含む電池であって、
前記イオン液体分子が、それぞれ、
少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位、ならびに
対アニオンであって、窒素カチオン部位、リンカチオン部位または硫黄カチオン部位 のそれぞれが、少なくとも1つのナノ粒子に繋がれている、対アニオン
を含む、
電池。 - 前記複数のナノ粒子のいずれにも繋がれていないホスト材料を更に含む、請求項25に記載の電池。
- 前記ホスト材料が、複数の追加のイオン液体分子を含む、請求項26に記載の電池。
- 前記ホスト材料が、
溶媒であって、カーボネート、エーテル、アセトアミド、アセトニトリル、対称スルホン、1,3−ジオキソラン、グライム、シロキサンおよび前記溶媒のブレンドから成る群から選択される溶媒、ならびに
ポリマーであって、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、パーフルオロ化ポリマーおよび前記ポリマーのブレンドから成る群から選択されるポリマー
から成る群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項26に記載の材料組成物。 - 前記複数のナノ粒子のそれぞれの直径が約2〜約100ナノメートルである、請求項25に記載の電池。
- 前記複数のナノ粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、バナジアおよびジルコニアの金属酸化物材料から成る群から選択される酸化物材料を含む、請求項25に記載の電池。
- 前記窒素カチオン部位が、イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピペリジニウムおよびピロリジニウムの窒素カチオン部位から成る群から選択される、請求項25に記載の電池。
- 前記対アニオンが、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロアセテート、アセテート、ニトレート、クロリド、ブロミド、ヨージド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、ジシアナミド、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネートおよびテトラクロロアルミネートの対アニオンから成る群から選択される、請求項25に記載の電池。
- 前記少なくとも1つの窒素カチオン部位、リンカチオン部位および硫黄カチオン部位が1つのナノ粒子に繋がれている、請求項25に記載の電池。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161506226P | 2011-07-11 | 2011-07-11 | |
US61/506,226 | 2011-07-11 | ||
US201261657252P | 2012-06-08 | 2012-06-08 | |
US61/657,252 | 2012-06-08 | ||
PCT/US2012/046020 WO2013009731A2 (en) | 2011-07-11 | 2012-07-10 | Ionic-liquid nanoscale ionic material (il-nim) compositions, methods and applications |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014524917A true JP2014524917A (ja) | 2014-09-25 |
Family
ID=47506850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014520243A Pending JP2014524917A (ja) | 2011-07-11 | 2012-07-10 | イオン液体ナノスケールイオン性材料(il−nim)の組成物、方法および用途 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9397366B2 (ja) |
EP (1) | EP2732501B1 (ja) |
JP (1) | JP2014524917A (ja) |
KR (1) | KR102043716B1 (ja) |
CN (1) | CN103765663B (ja) |
AU (1) | AU2012282810A1 (ja) |
CA (1) | CA2841840A1 (ja) |
WO (1) | WO2013009731A2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016136924A1 (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 国立大学法人東京工業大学 | 溶融塩組成物、電解質、及び蓄電デバイス、並びに液化溶融塩の増粘方法 |
JP2018133258A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 株式会社豊田中央研究所 | 電解質 |
JP2018158977A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 堺化学工業株式会社 | 複合体粒子、樹脂組成物、誘電エラストマー及びトランスデューサー |
WO2019088197A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | アイメック・ヴェーゼットウェー | 固体電解質、電極、蓄電素子及び固体電解質の製造方法 |
US11557789B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-01-17 | Imec Vzw | Solid electrolyte, electrode, power storage device, and method for producing solid electrolytes |
US11699810B2 (en) | 2017-04-24 | 2023-07-11 | Imec Vzw | Solid nanocomposite electrolyte materials |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9627713B2 (en) * | 2013-03-29 | 2017-04-18 | NOHMs Technologies, Inc. | Composite electrolyte including polymeric ionic liquid matrix and embedded nanoparticles, and method of making the same |
US10193187B2 (en) * | 2014-05-15 | 2019-01-29 | NOHMs Technologies, Inc. | Ionic liquids for solvating lithium polysulfides |
US11949071B2 (en) * | 2014-05-15 | 2024-04-02 | NOHMs Technologies, Inc. | Ionic liquids for solvating cyclic carbonates |
CN104538670B (zh) * | 2014-11-24 | 2017-09-29 | 深圳华中科技大学研究院 | 一种全固态聚合物电解质、其制备方法及应用 |
JP7012660B2 (ja) | 2016-04-01 | 2022-02-14 | ノームズ テクノロジーズ インコーポレイテッド | リン含有修飾イオン性液体 |
WO2018049379A1 (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | Cornell University | Ionic nanocomposite materials, methods of making same, and uses of same |
WO2018121329A1 (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-05 | 江南大学 | 一种磁性金属氧化物交联酸性聚离子液体及其应用 |
US10665899B2 (en) | 2017-07-17 | 2020-05-26 | NOHMs Technologies, Inc. | Phosphorus containing electrolytes |
KR20210032962A (ko) * | 2018-07-10 | 2021-03-25 | 렙솔, 에스.에이. | 관능화된 금속 산화물 나노입자 및 이를 포함하는 고체 전해질 |
CN110416610A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-11-05 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种高功率电解液和含有该电解液的锂离子电池 |
ES2964257A1 (es) * | 2022-09-02 | 2024-04-04 | Univ Murcia | Procedimiento de obtención de una membrana catalítica, membrana catalítica obtenida y usos dados a la misma |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005310795A (ja) * | 2004-04-24 | 2005-11-04 | Korea Electronics Telecommun | リチウム単イオン伝導無機添加剤を含むリチウム2次電池用複合高分子電解質及びその製造方法 |
JP2010209299A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nippon Chem Ind Co Ltd | ホスホニウム基含有ゲル状ナノコンポジット、その製造方法及びイオン伝導体 |
JP2011113906A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Konica Minolta Holdings Inc | 固体電解質とその製造方法及びそれを用いた二次電池 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60009941T2 (de) | 1999-11-05 | 2005-03-24 | Johnson Matthey Plc | Immobilisierte ionische flüssigkeiten |
EP1470563A2 (en) | 2002-01-25 | 2004-10-27 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell components and materials |
EP1481020A2 (en) * | 2002-02-04 | 2004-12-01 | Nanophase Technologies Corporation | Stable dispersions of nanoparticles in aqueous media |
JP2003257476A (ja) | 2002-02-27 | 2003-09-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電解質組成物および非水電解質二次電池 |
US20050033102A1 (en) | 2003-08-06 | 2005-02-10 | Randolph Bruce B. | Supported ionic liquid and the use thereof in the disproportionation of isopentane |
US7833643B2 (en) | 2005-09-26 | 2010-11-16 | Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University | Neutral protic-salt electrolytes and protic-salt imbibed polymer membranes for high temperature fuel cell applications |
JP2009535193A (ja) | 2006-04-26 | 2009-10-01 | インダストリー ユニバーシティー コーポレーション ファウンデーション ハンヤン ユニバーシティー | 金属ナノ粒子およびイオン性液体含有オレフィン促進輸送複合分離膜 |
EP2050755A1 (en) | 2007-10-19 | 2009-04-22 | Total Petrochemicals Research Feluy | Supported ionic liquids or activating supports |
JP5602996B2 (ja) | 2008-02-08 | 2014-10-08 | 日本化学工業株式会社 | 粉末状のシリカコンポジット粒子及びその製造方法、シリカコンポジット粒子分散液、並びに樹脂組成物 |
GB2457664A (en) | 2008-02-19 | 2009-08-26 | Science Technology Res Partner | Electrolyte composition for a dye sensitized solar cell |
FR2928036B1 (fr) | 2008-02-26 | 2010-12-24 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une electrode a base de silicium, electrode a base de silicium et batterie au lithium comprenant une telle electrode |
US8734673B2 (en) | 2008-08-08 | 2014-05-27 | The University Of Toledo | Boron selective ionic liquids and polymeric ionic liquids, methods of making and methods of use thereof |
KR20110115132A (ko) | 2009-01-15 | 2011-10-20 | 코넬 유니버시티 | 나노입자 유기 하이브리드 물질(nohm) |
US20100239918A1 (en) | 2009-03-17 | 2010-09-23 | Seeo, Inc | Nanoparticle-block copolymer composites for solid ionic electrolytes |
JP5800812B2 (ja) | 2009-08-28 | 2015-10-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 重合性イオン液体混合物を含む組成物及び物品並びに硬化方法 |
US8920682B2 (en) | 2010-03-19 | 2014-12-30 | Eastern Michigan University | Nanoparticle dispersions with ionic liquid-based stabilizers |
US9093722B2 (en) | 2010-09-30 | 2015-07-28 | Uchicago Argonne, Llc | Functionalized ionic liquid electrolytes for lithium ion batteries |
-
2012
- 2012-07-10 US US14/131,755 patent/US9397366B2/en active Active
- 2012-07-10 EP EP12810804.0A patent/EP2732501B1/en active Active
- 2012-07-10 WO PCT/US2012/046020 patent/WO2013009731A2/en active Application Filing
- 2012-07-10 KR KR1020147003269A patent/KR102043716B1/ko active IP Right Grant
- 2012-07-10 JP JP2014520243A patent/JP2014524917A/ja active Pending
- 2012-07-10 CA CA2841840A patent/CA2841840A1/en not_active Abandoned
- 2012-07-10 CN CN201280043257.4A patent/CN103765663B/zh active Active
- 2012-07-10 AU AU2012282810A patent/AU2012282810A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005310795A (ja) * | 2004-04-24 | 2005-11-04 | Korea Electronics Telecommun | リチウム単イオン伝導無機添加剤を含むリチウム2次電池用複合高分子電解質及びその製造方法 |
JP2010209299A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nippon Chem Ind Co Ltd | ホスホニウム基含有ゲル状ナノコンポジット、その製造方法及びイオン伝導体 |
JP2011113906A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Konica Minolta Holdings Inc | 固体電解質とその製造方法及びそれを用いた二次電池 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ANGEW.CHEM.INT.ED., vol. 49, JPN6015042934, 2010, pages 9158 - 9161, ISSN: 0003182990 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016136924A1 (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 国立大学法人東京工業大学 | 溶融塩組成物、電解質、及び蓄電デバイス、並びに液化溶融塩の増粘方法 |
US10535897B2 (en) | 2015-02-26 | 2020-01-14 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Molten salt composition, electrolyte, and electric storage device, and method for increasing a viscosity of liquid molten salt |
JP2018133258A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 株式会社豊田中央研究所 | 電解質 |
JP7013653B2 (ja) | 2017-02-16 | 2022-02-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 電解質 |
JP2018158977A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 堺化学工業株式会社 | 複合体粒子、樹脂組成物、誘電エラストマー及びトランスデューサー |
US11699810B2 (en) | 2017-04-24 | 2023-07-11 | Imec Vzw | Solid nanocomposite electrolyte materials |
WO2019088197A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | アイメック・ヴェーゼットウェー | 固体電解質、電極、蓄電素子及び固体電解質の製造方法 |
US11557789B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-01-17 | Imec Vzw | Solid electrolyte, electrode, power storage device, and method for producing solid electrolytes |
US11710850B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-07-25 | Imec Vzw | Solid electrolyte, electrode, power storage device, and method for producing solid electrolytes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2841840A1 (en) | 2013-01-17 |
EP2732501A4 (en) | 2015-02-25 |
KR102043716B1 (ko) | 2019-11-12 |
KR20140082955A (ko) | 2014-07-03 |
WO2013009731A3 (en) | 2013-04-04 |
WO2013009731A2 (en) | 2013-01-17 |
US9397366B2 (en) | 2016-07-19 |
EP2732501A2 (en) | 2014-05-21 |
US20140154588A1 (en) | 2014-06-05 |
AU2012282810A1 (en) | 2014-01-23 |
CN103765663A (zh) | 2014-04-30 |
EP2732501B1 (en) | 2020-03-18 |
CN103765663B (zh) | 2017-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014524917A (ja) | イオン液体ナノスケールイオン性材料(il−nim)の組成物、方法および用途 | |
Chen et al. | Ionogel electrolytes for high‐performance lithium batteries: A review | |
Tan et al. | Polycation ionic liquid tailored PEO-based solid polymer electrolytes for high temperature lithium metal batteries | |
Xu et al. | Strong lewis acid–base and weak hydrogen bond synergistically enhancing ionic conductivity of poly (ethylene oxide)@ SiO2 electrolytes for a high rate capability Li-metal battery | |
Li et al. | Nanoporous adsorption effect on alteration of the Li+ diffusion pathway by a highly ordered porous electrolyte additive for high-rate all-solid-state lithium metal batteries | |
Nugent et al. | Nanoscale organic hybrid electrolytes | |
Schaefer et al. | High lithium transference number electrolytes via creation of 3-dimensional, charged, nanoporous networks from dense functionalized nanoparticle composites | |
Choudhury et al. | Hybrid hairy nanoparticle electrolytes stabilizing lithium metal batteries | |
Li et al. | A single-ion conducting and shear-thinning polymer electrolyte based on ionic liquid-decorated PMMA nanoparticles for lithium-metal batteries | |
US9923235B2 (en) | Hybrid electrolyte | |
Utomo et al. | Structure and evolution of quasi‐solid‐state hybrid electrolytes formed inside electrochemical cells | |
Elamin et al. | Conduction mechanism in polymeric membranes based on PEO or PVdF-HFP and containing a piperidinium ionic liquid | |
TW201703338A (zh) | 熔融鹽組成物、電解質、及蓄電裝置、以及液化熔融鹽之增黏方法 | |
Park et al. | Short-chain polyselenosulfide copolymers as cathode materials for lithium–sulfur batteries | |
Zhai et al. | Composite hybrid quasi-solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries | |
Zhang et al. | A Novel Zwitterionic Ionic Liquid-Based Electrolyte for More Efficient and Safer Lithium–Sulfur Batteries | |
JP2013069517A (ja) | 負極ペースト、負極電極及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 | |
Guan et al. | UV-cured interpenetrating networks of single-ion conducting polymer electrolytes for rechargeable lithium metal batteries | |
Yang et al. | Physicochemical and electrochemical properties of the (fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl) amide ionic liquid for Na secondary batteries | |
Chen et al. | Lithium-Ion Transport in Poly (ionic liquid) Diblock Copolymer Electrolytes: Impact of Salt Concentration and Cation and Anion Chemistry | |
Hong et al. | Solid polymer electrolytes from double-comb Poly (methylhydrosiloxane) based on quaternary ammonium moiety-containing crosslinking system for Li/S battery | |
Gan et al. | Electrospun Composite Polymer Electrolyte Membrane Enabled with Silica‐Coated Silver Nanowires | |
Martinez-Ibañez et al. | Revealing the Anion Chemistry Effect on Transport Properties of Ternary Gel Polymer Electrolytes | |
Nguyen et al. | Polyhedral oligomeric silsesquioxane-based macroanions to level up the Li+ transport number of electrolytes for lithium batteries | |
Bristi et al. | Ionic Conductivity, Na Plating–Stripping, and Battery Performance of Solid Polymer Na Ion Electrolyte Based on Poly (vinylidene fluoride) and Poly (vinyl pyrrolidone) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150610 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151021 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151027 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160126 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160215 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160226 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160524 |