KR20240021821A - 전기화학적 셀을 위한 화학적 불활성 첨가제 - Google Patents

전기화학적 셀을 위한 화학적 불활성 첨가제 Download PDF

Info

Publication number
KR20240021821A
KR20240021821A KR1020237043606A KR20237043606A KR20240021821A KR 20240021821 A KR20240021821 A KR 20240021821A KR 1020237043606 A KR1020237043606 A KR 1020237043606A KR 20237043606 A KR20237043606 A KR 20237043606A KR 20240021821 A KR20240021821 A KR 20240021821A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
electrolyte
fluoride
methyl
vapor pressure
Prior art date
Application number
KR1020237043606A
Other languages
English (en)
Inventor
사이러스 에스. 루스톰지
정우 이
제임스 로이어
미구엘 세자
Original Assignee
사우스 8 테크놀로지스, 인코포레이티드
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 사우스 8 테크놀로지스, 인코포레이티드 filed Critical 사우스 8 테크놀로지스, 인코포레이티드
Publication of KR20240021821A publication Critical patent/KR20240021821A/ko

Links

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
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/60—Liquid electrolytes characterised by the solvent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/64—Liquid electrolytes characterised by additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/46—Metal oxides
    • 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
    • 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
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • 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
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • H01M2300/0042—Four or more solvents
    • 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
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

100 kPa의 압력 및 293.15 K의 온도에서 액체 상태로부터 기체 상태("가스 오프")로 전이될 것인 액화 가스 용매를 포함하는 안전한 전해질이 추가로 개시된다. 제1 혼합물은 제2 전해질 성분 (하나 이상의 탄화수소 공용매)와 혼합되는 제1 전해질 성분 (하나 이상의 용매)로부터 형성된다. 제2 전해질 성분의 첨가는 (1) 293.15 K에서 측정될 때 제1 전해질 성분의 증기압과 비교하여 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 증기압을 낮추고, (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 생성한다. 제2 전해질 성분은 또한 제1 전해질 성분 단독의 GWP와 비교하여 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮추도록 선택될 수 있다. 안전한 액화 가스 전해질은 제1 혼합물에 제3 전해질 성분 (하나 이상의 염)을 혼합함으로써 형성된다. 이러한 안전한 액화 가스 전해질은 이후 전기화학적 에너지 저장 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다.

Description

전기화학적 셀을 위한 화학적 불활성 첨가제
1.0 관련 출원에 대한 상호-참조
[001] 본 출원은 2021년 6월 1일에 출원된 정규 미국출원 제63/195592호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 본원에 참조로 편입된다.
[002] 본 출원은 또한 하기 출원 및 특허에 관한 것이며, 이들 각각은 그 전문이 본원에 참조로 편입된다: 2020년 3월 31일에 등록된 US 10,608,284; 2021년 5월 4일에 등록된 US 10,988,143; 2020년 9월 22일에 등록된 US 10,784,532; 2019년 5월 15일에 출원된 PCT/US19/032413; 2020년 4월 1일에 출원된 PCT/US20/26086; 2021년 8월 10일에 등록된 US 11,088,396; 2021년 6월 29일에 등록된 US 11,049,668; 2020년 12월 22일에 등록된 US 10,873,070; 2019년 10월 28일에 출원된 미국출원 제16/666155호; 2021년 5월 20일에 출원된 미국출원 제17/326093호; 2022년 2월 3일에 출원된 미국출원 제63/306396호; 및 2022년 4월 7일에 출원된 미국출원 제63/328480호.
2.0 연방정부가 후원한 R&D와 관련된 설명
[003] 본 발명은 미국 국립과학재단 (NSF)에 의해 부여된 과제번호 1831087하의 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 특정 권리를 가진다.
3.0 발명의 분야
[004] 본 발명의 실시양태는 전기화학적 에너지 장치, 예컨대 배터리 및 전기화학적 커패시터에 사용하기 위한 전해질의 조성물 및 화학적 배합물에 관한 것이다. 조성물을 사용하는 장치 및 조성물의 사용 방법이 또한 제공된다.
4.0 배경기술
[005] 전기화학적 에너지 저장 장치, 예컨대 배터리 및 이중층 커패시터는 양극과 음극 사이에서 전하를 운반하기 위해 이온 전도성 전해질 용액을 이용한다. 통상적으로, 이러한 전해질은 293.15 K의 표준 실온 및 표준 압력 (대략 1.01325 bar)에서 액체이다. 전해질 용액은 일부 양의 용매, 공용매, 염, 및 개선된 장치 성능을 위한 추가적인 첨가제의 혼합물을 사용한다. 이는 종종 염을 가용화시키기 위해 사용되는 하나의 일차 용매 및 셀 성능을 개선하는 추가적인 공용매가 존재한다. 예로서, 일반 전해질 용매는 Li-이온 배터리 셀을 위한 에틸렌 카보네이트를 포함할 수 있지만, 그 중에서도 디메틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 아세토니트릴, 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 비닐 카보네이트의 첨가를 사용하여 전해질의 전도성 또는 셀의 사이클 수명을 개선할 수 있다. 액화 가스 전해질은 실온 및 실압에서 기체이지만 액상의 전해질 용매로서 사용될 수 있는 용매 및 공용매를 이용한다. 성능 향상 공용매를 식별하는 것은 액화 가스 전해질의 전기화학적 성능을 개선하기 위해 중요하다.
5.0 요약
[006] 본 개시내용의 실시양태는 화학적 배합물, 전해질 조성물, 이를 사용하는 전기화학적 장치, 및 이의 사용 방법에 관한 것이다. 일부 개시된 실시양태는 액화 가스 용매를 포함하는 전해질을 위한 신규한 배합물에 관한 것이다.
[007] 하나의 실시양태는 하기를 포함하는 충전 가능한 전기화학적 장치에 관한 것이다: 하나 이상의 액화 가스 용매, 하나 이상의 염 및 하나 이상의 첨가제를 포함하는 이온 전도성 전해질; 이온 전도성 전해질을 둘러싸며, 액화 가스 용매에 가압된 조건을 제공하도록 구조화된 하우징; 및 이온 전도성 전해질과 접촉되는 적어도 2개의 전도성 전극. 조합되는 경우 하나 이상의 용매 또는 공용매는 또한 총괄적으로 액화 가스 용매로서 지칭될 수 있다. 조합되는 경우 하나 이상의 염은 또한 총괄적으로 염으로서 지칭될 수 있다. 조합되는 경우 하나 이상의 첨가제는 또한 총괄적으로 첨가제로서 지칭될 수 있다. 조합되는 경우 용매 및 염은 또한 총괄적으로 전해질로서 지칭될 수 있다. 조합되는 경우 용매, 염, 및 첨가제는 또한 총괄적으로 전해질로서 지칭될 수 있다.
[008] 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 압축 압력이 적용될 때의 일정 온도에서 액화 가스 용매의 증기압과 같거나 더 큰 압축 압력하에 배치될 수 있고, 이에 의해 액화 가스 용매를 액상으로 유지시킨다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 293.15 K의 실온에서 - 즉, 표준 압력 및 온도에서 100 kPa의 대기압보다 높은 증기압을 갖는다.
[009] 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 염화수소, 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부텐, 아세틸렌, 이들의 이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 이산화탄소, 및 n-부탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 및 프로판을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 이산화탄소, 및 이소-부탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 디플루오로메탄, 이산화탄소, 및 프로펜을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디메틸 에테르, 이산화탄소, 및 메탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 디메틸 에테르 및 n-부탄을 포함한다.
[010] 일부 실시양태에서, 용매의 성분은 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 및 이들의 이성질체와 같이 실온 및 대기압에서 액체일 수 있다.
[011] 다른 실시양태는 충전 가능한 리튬 배터리에 관한 것이다. 충전 가능한 리튬 배터리는 이온 전도성 전해질을 포함할 수 있다. 이온 전도성 전해질은 액화 가스 용매를 포함할 수 있다. 이온 전도성 전해질은 하나 이상의 염을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이온 전도성 전해질은 추가로 비-환형 카보네이트, 환형 카보네이트, 비-환형 에테르, 환형 에테르, 니트릴, 포스페이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체, 액체, 또는 고체 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 충전 가능한 리튬 배터리는 또한 2개의 전도성 전극 및 이온 전도성 전해질을 둘러싸는 하우징을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 293.15 K의 실온에서 100 kPa의 대기압보다 높은 증기압을 갖는다. 이러한 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 압축 압력이 적용될 때 일정 온도에서 액화 가스 용매의 증기압과 같거나 더 높은 압축 압력하에 배치되고, 이에 의해 액화 가스 용매를 액상으로 유지시킬 수 있다.
[012] 하나 이상의 액체 성분, 하나 이상의 고체 성분, 또는 하나 이상의 염 성분의 임의의 조합을 갖는 하나 이상의 액화 가스 성분으로 이루어진 액화 가스 전해질을 사용하는 예시적인 전기화학적 장치에서, 전극은 인터칼레이션 유형(intercalation type), 예컨대 흑연, 탄소, 활성탄, 산화바나듐, 티탄산리튬, 이황화티타늄, 이황화몰리브덴, 인산철리튬, 인산코발트리튬, 인산니켈리튬, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 탄소의 2개의 전극, 또는 예컨대 황, 산소, 이산화탄소, 질소, 아산화질소, 이산화황, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드의 화학물질을 갖는 화학 반응 전극, 또는 고표면적 전기 전도성 물질 예컨대 활성탄, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그래핀을 사용하는 정전 전극(electrostatic electrode), 또는 리튬, 나트륨, 주석, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 티타늄, 아연, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 주석, 알루미늄, 칼슘, 티타늄 아연 금속 또는 금속 합금을 갖는 금속 전극의 임의의 조합으로 이루어진다. 이러한 성분은 전극의 구조적 무결성을 유지하기 위해 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 고무, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 다양한 결합제 중합체 성분과 조합될 수 있다.
[013] 일부 실시양태에서, 첨가제는 액화 가스 용매, 및 리튬, 나트륨, 아연, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 또는 티타늄 기반 염과 조합하여 사용된다. 또한, 하나 이상의 액화 가스 용매 용액 또는 전해질은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 과염소산리튬 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로비소산 (LiAsF6), 리튬 테트라클로로알루미네이트 (LiAlCl4), 리튬 테트라갈륨알루미네이트, 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 헥사플루오로스테네이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 (LiFSI), 리튬 알루미늄 플루오라이드 (LiAlF3), 질산리튬 (LiNO3), 리튬 클로로알루미네이트, 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 테트라클로로알루미네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 붕산리튬, 리튬 옥솔레이트(lithium oxolate), 리튬 티오시아네이트, 리튬 테트라클로로갈레이트, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 탄산리튬, 불화리튬, 산화리튬, 수산화리튬, 질화리튬, 리튬 초산화물(lithium super oxide), 리튬 아지드, 리튬 델테이트(lithium deltate), 디-리튬 스퀘어레이트(di-lithium squarate), 리튬 크로코네이트 이수화물(lithium croconate dihydrate), 디리튬 로디조네이트(dilithium rhodizonate), 리튬 옥살레이트, 디-리튬 케토말로네이트(di-lithium ketomalonate), 리튬 디-케토석시네이트(lithium di-ketosuccinate) 또는 나트륨 또는 마그네슘 또는 이들의 임의의 조합에 대해 치환되는 양으로 하전된 리튬 양이온을 갖는 임의의 상응하는 염 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 염과 조합될 수 있다. 추가로 유용한 염은 음으로 하전된 음이온 예컨대 아세테이트, 비스(플루오로설포닐)이미드, 비스(옥살레이트)보레이트, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 브로마이드, 클로라이드, 디시안아미드, 디에틸 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 황산수소염, 아이오다이드, 메탄설포네이트, 메틸-포스포네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 및 트리플루오로메탄설포네이트와 쌍을 이루는, 양전하로 하전된 양이온 예컨대 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄 암모늄, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄, 1,1-디메틸피롤리디늄, 및 1,1-디에틸피롤리디늄, N,N-디에틸-N-메틸-N(2-메톡시에틸)암모늄, N,N-디에틸-N-메틸-N-프로필암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-(3-메톡시프로필)암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-벤질암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-페닐에틸암모늄, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄, N-트리부틸-N-메틸암모늄, N-트리메틸-N-헥실암모늄, N-트리메틸-N-부틸암모늄, N-트리메틸-N-프로필암모늄, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴-3H-이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 3-메틸-1-프로필이미다졸륨, H-3-메틸이미다졸륨, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, N-프로필-N-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-메틸-1-(2-메톡시에틸)피롤리디늄, 1-메틸-1-(3-메톡시프로필)피롤리디늄, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄, 1-메틸-1-펜틸피롤리디늄, 또는 N-메틸피롤리디늄을 갖는 것을 포함한다. 본원에 기재된 대안적인 또는 추가적인 실시양태는 상기 상세설명 또는 본원의 임의의 곳의 임의의 상세설명의 특징 중 하나 이상을 포함하는 전해질 조성물을 제공한다.
[014] 100 kPa의 압력 및 293.15 K의 온도에서 액체 상태로부터 기체 상태("가스 오프(gas off)")로 전이될 것인 액화 가스 용매를 포함하는 안전한 전해질이 추가로 개시된다. 제1 혼합물은 제2 전해질 성분 (하나 이상의 탄화수소 공용매)와 혼합되는 제1 전해질 성분 (하나 이상의 용매)로부터 형성된다. 제2 전해질 성분의 첨가는 (1) 293.15 K에서 측정될 때 제1 성분 단독의 증기압과 비교하는 경우 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 증기압을 낮추고; 그리고 (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 생성한다. 제2 전해질 성분의 첨가는 또한 제1 성분 단독의 GWP와 비교하는 경우 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮출 수 있다. 안전한 액화 가스 전해질은 제1 혼합물에 제3 전해질 성분 (하나 이상의 염)을 혼합하여 형성된다. 이러한 안전한 액화 가스 전해질은 이후 전기화학적 에너지 저장 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
[015] 본원에 기재된 대안적인 또는 추가적인 실시양태는 상기 상세설명 또는 본원의 임의의 곳의 임의의 상세설명의 특징 중 하나 이상을 포함하는 전해질 조성물 또는 장치를 사용하는 방법을 제공한다.
6.0 도면의 간단한 설명
[016] 도 1은 다양한 액화 가스 전해질, 전해질 1: 90 몰부의 플루오로메탄 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트 (실선), 전해질 2: 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트 (파선)의 압력을 비교한다.
[017] 도 2는 다양한 액화 가스 전해질, 전해질 1: 90 몰부의 디플루오로메탄 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트 (실선), 전해질 2: 40 몰부의 디플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트 (파선)의 압력을 비교한다.
[018] 도 3은 리튬 금속 애노드, 스테인리스 강 상대 전극, 및 75 몰부의 플루오로메탄, 15 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[019] 도 4는 리튬 금속 애노드, 스테인리스 강 상대 전극, 및 90 몰부의 플루오로메탄 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[020] 도 5는 다양한 액화 가스 전해질, 전해질 1: 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트, 전해질 2: 40 몰부의 디플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트, 전해질 3: 45 몰부의 디플루오로메탄, 45 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 플루오로에틸렌 카보네이트의 전해질 전도도(electrolytic conductivity)를 도시한다.
[021] 도 6은 리튬 금속 애노드, 흑연 캐소드, 및 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[022] 도 7은 리튬 금속 애노드, 흑연 캐소드, 및 45 몰부의 디플루오로메탄, 45 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 1.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[023] 도 8은 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 90 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[024] 도 9는 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 80 몰부의 플루오로메탄, 10 몰부의 이소-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[025] 도 10은 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 80 몰부의 플루오로메탄, 10 몰부의 n-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[026] 도 11은 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 70 몰부의 디플루오로메탄, 20 몰부의 n-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[027] 도 12는 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[028] 도 13은 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로펜, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[029] 도 14는 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 35 몰부의 디플루오로메탄, 60 몰부의 프로판, 및 5 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[030] 도 15는 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 다양한 전해질, 전해질 1: 90 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트 (TMP), 전해질 2: 35 몰부의 디플루오로메탄, 60 몰부의 프로판, 및 5 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트를 사용하는 2개의 배터리 코인 셀의 성능을 도시한다.
[031] 도 16은 0.0, 0.1, 0.5, 1.0, 또는 1.5M LiTFSI 염을 포함하는 3개의 전해질의 증기압을 도시하며, 이는 염 농도가 전해질의 증기압의 변화를 나타내지 않거나 또는 측정 불확도 내에서 잘 나타내는 것을 추가로 입증한다.
[032] 도 17은 셀이 가열된 경우의 2 Ah 셀의 전압 및 온도 데이터를 나타낸다.
[033] 도 18은 셀이 과충전된 경우의 2 Ah 셀의 전압 및 온도 데이터를 나타낸다.
[034] 도 19는 셀이 압착된 경우의 2 Ah 셀의 전압 및 온도 데이터를 나타낸다.
[035] 도 20a는 안전한 액화 가스 전해질을 가진 전기화학적 에너지 저장 장치를 구성하기 위한 방법을 나타낸다.
[036] 도 20b는 안전한 액화 가스 전해질을 가진 전기화학적 에너지 저장 장치를 구성하기 위한 대안적인 방법을 나타낸다.
7.0 상세한 설명
[037] 본 발명을 실시하기 위한 본 발명자에 의해 고려되는 임의의 최선의 방식을 포함하는 본 발명의 일부 특정 예를 본원에서 참조한다. 이러한 특정 실시양태의 예는 첨부된 도면에 도시된다. 본 발명이 이러한 특정 실시양태와 결합하여 기재되어 있지만, 기재되거나 또는 예시된 실시양태로 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않음을 이해할 것이다. 반면, 이는 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안예, 수정예, 및 균등물을 포괄하는 것으로 의도된다.
[038] 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세설명이 제시되어 있다. 본 발명의 특정 예시적인 실시양태는 이러한 특정 상세설명의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다. 다른 예에서, 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 공정 작업은 본 발명을 불필요하게 불명확하게 하지 않도록 상세설명에 기재되지 않았다. 본 발명의 다양한 기술 및 메커니즘은 때때로 명확성을 위해 단수 형태로 기재될 것이다. 그러나, 일부 실시양태는, 달리 언급하지 않는 한, 기술의 복수회 반복 또는 복수의 메커니즘을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 유사하게는, 본원에 나타낸 그리고 기재된 방법의 다양한 단계는 특정 실시양태에서 나타낸 순서로 반드시 수행되지 않거나 또는 전혀 수행되지 않는다. 따라서, 본원에 논의된 방법의 일부 실시는 나타내거나 기재된 것보다 더 많거나 더 적은 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술 및 메커니즘은 때때로 2개 이상의 개체 간의 연결, 관계 또는 소통을 기술할 것이다. 임의의 두 개체들 사이에 다양한 다른 개체들 또는 공정이 있거나 발생될 수 있기 때문에, 개체들 간의 연결 또는 관계는 반드시 직접적인 방해받지 않은 연결을 의미하는 것은 아님을 유의해야 한다. 결과적으로, 나타낸 연결은, 달리 언급되지 않는 한, 반드시 직접적인 방해받지 않은 연결을 의미하지 않는다.
[039] 전기화학적 에너지 저장 장치, 예컨대 배터리 및 이중층 커패시터는 양극과 음극 사이에 전하를 운반하기 위해 이온 전도성 전해질 용액을 이용한다. 통상적으로, 이러한 전해질은 293.15 K의 표준 실온 및 표준 압력 (대략 1.01325 bar)에서 액체이다. 전해질 용액은 일정량의 용매, 공용매, 하나 이상의 염, 및 개선된 장치 성능을 위한 하나 이상의 추가적인 첨가제의 혼합물을 사용한다. 종종 염을 용해시키기 위한 하나의 일차 용매 및 셀 성능을 개선하기 위한 추가적인 공용매가 존재한다. 예로서, 일반적인 전해질 용매는 Li-이온 배터리 셀을 위한 에틸렌 카보네이트를 포함할 수 있으나, 전해질의 전도성 또는 셀의 사이클 수명을 개선하기 위해, 무엇보다도 디메틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 아세토니트릴, 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 비닐 카보네이트의 첨가가 사용될 수 있다. 액화 가스 전해질은 실온 및 실압에서 기체인 용매 및 공용매를 이용하지만, 온도를 감소시키거나 또는 그 자체의 증기압 미만으로 용매를 유지시킴으로써 액상의 전해질 용매로서 사용될 수 있다. 액화 가스 전해질의 전기화학적 성능을 개선하기 위해 성능 향상 공용매를 식별하는 것이 중요하다.
[040] 액화 가스 전해질은 전기화학적 장치 예컨대 리튬 배터리 또는 전기화학적 커패시터에서 염을 용해시키기 위한 일차 용매로서 플루오로메탄 또는 디플루오로메탄을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 용매는 통상적으로 높은 증기압 및 높은 지구 온난화 지수 (GWP)를 갖는다. 예로서, 293.15 K의 실온에서, 플루오로메탄 및 디플루오로메탄의 증기압은 각각 대략 493 및 214 psi이다. 플루오로메탄 및 디플루오로메탄의 GWP (지구 온난화 지수, 이산화탄소 지구 온난화 지수의 배수)는 각각 대략 92 및 675이다. 더 낮은 압력, 더 낮은 GWP, 또는 둘 모두를 갖는 전기화학적 장치 셀을 작동시키는 것이 유리할 것이다. 압력이 낮을수록 셀을 배치하고 액화 가스 전해질을 포함하기 위해 더 얇은 금속 하우징을 사용함으로써 기계적 패키징 부담이 낮아질 것이다. GWP가 낮을수록 더 환경적으로 친화적일 것이다.
[041] 이상적으로 액화 가스 전해질은 더 낮은 압력, 더 낮은 GWP, 또는 둘 모두 이외에 셀의 성능에 화학적으로 유리할 것인 공용매를 사용할 것이다. 종종 애노드 또는 캐소드 상에 고체 전해질 계면 (SEI)를 형성하는데 유리한 공용매가 식별된다. 그러나, 화학적 불활성 공용매는 또한 셀 성능을 저하시킬 수 있는 전극과 전해질 사이에서의 셀 내의 화학적 반응을 감소시킨다는 점에서 유리할 것이다.
[042] 리튬 금속의 높은 반응성으로 인해, 이는 고에너지 리튬 배터리 셀에서 애노드로서 사용하는 것이 곤란하다. 리튬 금속은 높은 용량 대 중량 비율을 갖지만, 이는 전해질과의 높은 비율의 반응성으로 인한 문제를 가진다. 셀 사이클링 동안, 리튬 금속의 표면 상의 SEI 층은 균열이 생기고 새로운 리튬 금속이 노출될 수 있고, 이는 전해질과 반응하여 셀의 효율을 저하시키고 사이클 수명을 저하시킬 것이다. 셀 효율 및 사이클 수명을 증가시키기 위해 그의 용매가 리튬 금속과의 더 낮은 반응성을 갖는 전해질을 가지는 것이 유리할 것이다. 리튬 배터리와 유사하게, 나트륨, 아연, 마그네슘, 알루미늄, 및 칼륨 또는 그것의 합금은 모두 전극으로서 배터리 내부에서 사용될 수 있고, 전해질 용매와의 더 적은 반응으로 유리할 것이다.
[043] 일부 화학적 불활성 공용매는 탄화수소 용매를 포함할 수 있다. 탄화수소 용매는 매우 낮은 전기화학적 반응성을 갖고, 안정하다. 이러한 탄화수소 용매는 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부텐, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 이산화탄소, 및 n-부탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 및 프로판을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 이산화탄소, 및 이소-부탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 디플루오로메탄, 이산화탄소, 및 프로펜을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 플루오로메탄, 디메틸 에테르, 이산화탄소, 및 메탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 액화 가스 용매는 디메틸 에테르 및 n-부탄을 포함한다.
[044] 그것의 낮은 화학적 반응성으로 인해, 고도의 반응성 알칼리 또는 알칼리 금속, 예컨대 나트륨 및 리튬 금속은 종종 장쇄 탄화수소 용매의 혼합물인 광유 또는 탄화수소 용매에서 운반된다. 다른 고도의 반응성 화합물 예컨대 부틸 리튬은 또한 탄화수소 용매 예컨대 헥산에서 보관된다.
[045] 액화 가스 전해질에 사용될 수 있는 탄화수소 용매는 포화 또는 불포화 탄화수소를 포함할 수 있다. 이는 알칸, 알켄, 또는 알킬렌을 포함할 수 있다. 이는 293.15 K의 표준 실온 및 표준 압력 (대략 1.01325 bar)에서 기체 또는 비기체인 탄화수소를 추가로 포함할 수 있다.
[046] 액화 가스 전해질에서의 탄화수소 용매의 사용은 더 낮은 증기압, 더 낮은 GWP, 및 더 높은 화학적 안정성과 같이 전해질 특성을 개선할 수 있다. 이는 다수의 탄화수소 액화 가스 용매가 다른 액화 가스 용매 (예를 들어, 플루오로메탄, 이산화탄소)보다 더 낮은 증기압을 가지기 때문이다. 또한, 탄화수소 용매는 제로에 근접한 GWP를 갖고, 이는 전체 전해질의 GWP를 실질적으로 낮출 수 있다. 마지막으로, 전해질에 탄화수소 용매를 첨가하는 것은 전해질에서 더 화학적 활성인 종의 양을 낮추어 전체 전해질 용액의 화학적 안정성을 개선하는 것을 지원할 것이다.
[047] 액화 가스 전해질의 압력을 낮추는 것은 기계적 설계 관점에서 유리할 수 있다. 너무 높은 증기압을 갖는 전해질을 사용하면, 셀 하우징은 압력을 지탱하기 위해 더 두꺼운 벽을 필요로 할 수 있고, 그 이유는 더 두꺼운 벽은 셀 하우징 상에 부가된 강도를 부여하기 때문이다. 셀 하우징은 셀의 수명 동안 양호한 밀봉 및 누출 방지를 보장하기 위해 더 두꺼운 벽을 필요로 할 것이다. 벽이 두꺼울수록 셀에 추가되는 부피, 질량 및 비용과 같이 특성이 덜 바람직할 수 있다. 대안적으로, 스테인리스 강, 티타늄과 같이 더 강한 금속이 더 얇은 벽에 사용될 수 있지만, 셀에 대한 비용이 추가된다. 따라서, 전해질의 증기압을 낮추는 것은 유리한 특성을 가질 수 있다. 기계적 셀 하우징에 대한 덜 엄격한 요건은 293.15 K의 실온에서 대략 100 kPa의 증기압, 또는 더 바람직하게는, 100 kPa 내지 100 MPa, 또는 더 바람직하게는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 MPa의 증기압을 갖는, 감소된 증기압의 액화 가스 전해질을 사용하여 달성될 수 있다.
[048] 가압된 전해질 시스템을 갖는 것이 또한 여러 이유로 전기화학적 장치에 대해 유리할 수 있는 것이 발견되었다. 액체 기반 전해질을 사용하는 표준 제조 과정에서, 셀은 우선 진공 상태에 배치되고 이후 셀로의 액체 전해질 주입이 이루어지고, 이후 셀의 모든 전극 및 세퍼레이터 표면이 완전하게 습윤되도록 수시간 동안 대기한다. 종종 셀에 제1 전해질 주입 단계를 진행시키고, 이후 전해질 습윤이 가능하도록 대기 시간이 이어지고, 이후 전체 습윤가능성을 보장하기 위한 제2 전해질 주입 단계를 후속한다. 전체 습윤이 일어날 때까지, 셀은 충전될 준비가 되어 있지 않다. 또한, 완전하게 습윤되지 않은 셀은 제조 공정에서 스크랩률(scrap rate)의 주요 원인이며, 이는 더 높은 셀 비용을 필요로 한다. 가압된 액화 가스 전해질을 사용하면, 셀은 전극 및 세퍼레이터의 모든 표면을 침투하는 전해질의 높은 압력으로 인해 신속하게 습윤된다. 이러한 습윤 공정은 수시간과 대조적으로 수초 내에 이루어지고, 이는 제조 시간 및 비용을 감소시킨다. 또한, 이는 완전하게 습윤된 셀의 더 높은 신뢰도를 가능하게 하며, 이는 스크랩률을 감소시키고, 이에 따라 전체 셀 제조 비용을 감소시킨다. 습윤 공정은 293.15 K의 실온에서 대략 100 kPa의 증기압, 또는 더 바람직하게는, 100 kPa 내지 100 MPa, 또는 더 바람직하게는 대략 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 MPa의 증기압을 갖는 가압된 전해질을 사용하여 향상될 수 있다.
[049] 가압된 전해질을 갖는 다른 유리한 특성은 물리적 또는 전기적 셀 오용으로 인한 안전도 위해의 감소된 위험성이다. 일반적인 Li-이온 배터리 셀에서, 과열, 과충전, 압착, 못 관통(nail penetration) 또는 단락 사건과 같이 물리적 또는 전기적 오용하에서의 열 폭주 반응을 알아보는 것이 일반적이다. 이는 상대적으로 낮은 온도, 예를 들어 대략 +100℃에서 유발될 수 있는 셀 내에서의 발열 반응에 기인한다. 이러한 "열 폭주 개시 온도"는 이후 셀에 불을 붙이고 폭발을 유도하여 심각한 안전 및 건강 문제를 야기할 수 있는 이러한 추가적인 발열 반응을 유발한다. 또한, 하나의 셀로부터 발생된 열은 또한 인접한 셀에 전파되어 셀이 열 폭주되게 유발하고 배터리 팩에 걸쳐 열 전이 사건(thermal propagation event)을 일으킬 수 있다. 가연성 액체 전해질은 일반적으로 이러한 열 폭주 반응을 유도하는 주요 성분이다. 셀이 전해질의 자동 연소 온도까지 가온되는 경우, 폭발 반응이 일어날 수 있다. 또한, 단락된 셀은 애노드와 캐소드 사이에서 전기 및 이온 경로 둘다를 필요로 한다. 전해질은 셀 내에서 이온을 운반하고, 이에 따라 셀 단락에 기여한다.
[050] 대조적으로, 가압된 액화 가스 전해질은 물리적 또는 전기적 오용하에서 셀이 가압된 액화 가스 용매 또는 액화 가스 전해질을 대기로 배기하는 것을 가능하게 하는 사전 결정된 배기 온도까지 셀이 가온되어, 임의의 가연성 또는 이온 전도성 전해질이 없는 "건조 셀(dry cell)"이 남겨질 수 있다는 점에서 안정성 장점을 가진다. 배기될 때, 셀은 임의의 열 폭주 반응이 일어나지 않고 안전하게 고장날 수 있다. 예를 들어, 과온도 조건하에, 셀은 +240℃까지 가온될 수 있다. +200℃ 온도에 도달되기 전에, 셀은 배기 온도에 이를 수 있고, 이 지점에서 셀 내의 액화 가스 전해질의 증기압은 셀 상의 조작된 통기구가 개방되어 압력 및 전해질 물질을 방출하기에 충분하게 높은 압력에 도달된다. 배기 온도, 예를 들어, +80℃, 열 폭주 온도 미만, 예를 들어, 100℃가 이상적이고, 이로써 가연성 전해질은 임의의 열 폭주 반응이 일어나고 전에 셀로부터 배기될 수 있고, 셀은 심지어 +240℃ 정도로 높은 온도에서 안전하게 고장날 수 있다. 유사하게는, 셀은 과충전될 수 있고, 과충전 사건 동안 가온된다. 셀이 배기 온도에 도달될 때, 액화 가스 전해질은 셀로부터 배출될 것이고, 셀은 안전하게 고장날 것이다. 유사하게는, 단락 사건 동안, 셀은 높은 방전 전류로 인해 빠르게 가온될 수 있다. 셀이 배기 온도까지 가온될 때, 액화 가스 전해질은 셀로부터 배기될 수 있고, 셀은 열 폭주로 진행되는 것보다는 안전하게 고장날 수 있다. 액화 가스 전해질을 사용하는 셀은 또한 온도 유발 배기 없이 안전하게 고장날 수 있다. 예를 들어, 압착 또는 추진 침투 사건 동안, 셀 하우징은 파손되어, 약 293.15K의 실온에 근접하게 셀 온도를 유지하면서 가압된 액화 가스 전해질이 파손된 하우징을 통해 셀로부터 대기로 배기될 수 있다. 종래의 액체 전해질이 셀에 사용되면, 셀이 압착 또는 추진 침투 사건 동안 단락되고 과열되어 셀이 열 폭주로 진행되는 것을 야기할 수 있는 가능성이 높다. (약 293.15K의 실온에서 100 kPa보다 높은 증기압을 갖는 것을 포함하는) 액화 가스 전해질을 사용하면, 파손된 셀 하우징을 통한 대기로의 전해질의 배기 또는 가스 배출은 잠재적인 단락 사건과 관계 없이 셀이 안전하게 고장나게 할 수 있다.
[051] 모든 시나리오에서, 임의의 열 폭주 사건의 가능성을 최소화하기 위해, 물리적 또는 전기적 오용 조건하에서 셀로부터의 모든 액화 가스 전해질의 신속한 배기가 이루어지는 것이 매우 바람직하다. 셀로부터 액화 가스 전해질을 배기하는데 소요되는 시간을 낮추기 위해, 더 높은 증기압 전해질이 바람직하다. 전해질 증기압이 매우 낮으면 전해질은 열 폭주를 방지하거나 또는 전해질이 자동 점화에 도달되는 것을 방지하기에 충분하도록 셀로부터 빠르게 배기되지 못하여, 발화되어 발화 위험을 야기할 수 있다. 또한, 배기시, 셀은 액체로부터 기체 상태로 변화시키는 액화 기상에 의해 야기되는 증발열로 인해 온도를 낮출 수 있다. 셀의 온도가 충분하게 강하되는 경우, 이는 셀로부터의 전해질의 배기가 중지되도록 충분하게 증기압을 낮출 수 있고, 추가적인 위험을 일으킬 수 있다. 따라서, 액화 가스 전해질은 셀로부터 빠르게 배기되기에 충분한 증기압을 갖는 것이 바람직하다. 전해질의 이러한 증기압은 이에 따라 293.15 K의 실온에서 대략 100 kPa이거나, 또는 더 바람직하게는, 100 kPa 내지 100 MPa, 또는 더 바람직하게는 대략 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 MPa의 증기압일 수 있다. 셀이 임의의 기체, 액체, 또는 고체 성분, 또는 단지 액화 가스 용매 및 액체 성분, 또는 단지 액화 가스 용매 성분, 또는 셀로부터의 부분 성분의 임의의 조합을 포함하는 액화 가스 전해질의 전체 내용물을 배기시킬 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 심지어 전해질의 부분적 배기도 물리적 또는 전기적 오용 조건하에서 셀이 안전하게 고장나게 할 수 있다.
[052] 감소된 및 증가된 증기압 전해질 둘다에 대해 장점이 존재한다. 감소된 증기압 액화 가스 전해질은 기계적 하우징 요건을 낮추고, 셀에 대해 더 낮은 질량, 더 낮은 부피, 및 더 낮은 비용을 가능하게 할 수 있다. 더 높은 증기압 액화 가스 전해질은 제조 동안의 셀 습윤가능성, 감소된 제조 시간, 비용, 및 스크랩률을 개선할 뿐만 아니라 물리적 또는 전기적 오용하에서 예컨대 과열, 과충전, 압착, 못 관통, 또는 단락 사건 동안 셀 안전성을 개선한다. 따라서, 액화 가스 전해질이 최적화된 셀 성능을 위해 너무 높지도 않고 너무 낮지도 않은 이상적인 증기압을 갖도록 최적화될 수 있다는 것이 신중한 실험을 통해 이루어졌다. 이러한 실험은 액화 가스 용매 예컨대 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 수소, 및 이들의 이성질체, 및 이들의 조합을 사용하여 시작될 수 있고, 셀 성능을 최적화하기 위해 증기압을 감소시키거나 증가시키기 탄화수소 용매를 첨가한다. 탄화수소 용매의 첨가는 액화 가스 전해질 증기압을 변경시켜 293.15 K의 실온에서 대략 100 kPa의 증기압, 또는 더 바람직하게는, 100 kPa 내지 100 MPa, 또는 더 바람직하게는, 대략 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 MPa의 증기압을 달성할 수 있다. 이는 1K 내지 1000K의 임의의 온도에서 액화 가스 전해질의 0.1% 내지 99.9%의 증기압 증가 또는 감소와 같을 수 있다. 보다 바람직하게는, 액화 가스 전해질 증기압의 증가 또는 감소는 293.15 K의 실온에서 대략 0.1, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 59, 60, 61, 65, 70, 75, 80, 90, 95, 99, 또는 99.9%일 수 있다.
[053] 탄화수소는 그것이 전해질에 개선된 화학적 안정성을 부여하고 상대적으로 저렴하기 때문에 사용하기에 이상적인 물질이다. 그러나, 액화 가스 전해질에의 임의의 탄화수소의 첨가는 항상 액화 가스 전해질 시스템에 일부 가연성을 부여할 것임을 유의한다. 이는 종종 탄화수소의 일반적으로 낮은 인화점으로 인하여 전해질의 덜 바람직한 더 낮은 인화점 (물질의 증기가 발화될 수 있는 최저 온도)를 초래한다. 이러한 탄화수소의 액화 가스 전해질에의 첨가에 의한 더 낮은 인화점에도 불구하고, 상기 논의된 개선된 특성, 예컨대 개선된 안전성, 제조가능성, 성능, 더 낮은 GWP 등은 오늘날 산업에서 요망되는 매우 바람직한 양태를 제공한다.
[054] 액화 가스 전해질 용매에 대한 탄화수소 용매의 질량비는 전해질의 나머지와 비교할 때 질량 기준으로 또는 몰비 기준으로 100중 0.01부 내지 100중 99.99부 사이의 임의의 값일 수 있다. 안정성을 향상시키고, 상 분리를 최소화하고, 전도성을 최대화하고, 셀 성능을 최대화하기 위한 용매, 탄화수소 공용매, 염, 및 하나 이상의 첨가제의 비는 유일하게 상당한 실험을 통해서 발견된다. 탄화수소 용매의 첨가는 또한 탄화수소 용매의 첨가 없이 전해질과 동일한 셀 성능을 유지하면서 증기압을 낮추거나 GWP를 낮추어 전해질을 유리하게 할 수 있다.
[055] 비극성 용매, 예컨대 탄화수소를 전해질에 첨가하여 전해질의 전체 용해성을 낮출 수 있다. 여러 연구를 수행하여 염 용해성을 최적화하기 위해 전해질에 첨가될 수 있는 탄화수소의 백분율을 결정하였다. 다른 파라미터, 예컨대 상 분리 (유체로의 고밀도 및 저밀도 영역에서 분명한 분리가 존재함), 증기압, 및 GWP는 표 1에 기록되어 있다. 유리 윈도우를 가진 스테인리스 강 셀을 다양한 전해질을 포함하도록 조립하여 다양한 전해질 배합물에서의 염 용해성 연구를 가능하게 하였다. 아래의 표 1은 293.15K에서 다양한 전해질 배합물에 대한 관찰된 용해성을 나타낸다. 예상된 바와 같이, 탄화수소 용매의 비극성 특징으로 인하여, 리튬염은 심지어 강화 첨가제를 사용하여도 용해되기 어렵다. 그러나, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 또는 플루오로메탄과 디플루오로메탄 둘다를 포함하는 혼합물에서 공용매로서 사용될 때, 염 용해성이 향상된다. 염, 첨가제, 및 용매계의 좋지 않은 혼화성을 나타내는 액화 가스 전해질의 다양한 조합에서 상 분리가 발생될 수 있다는 것은 이전에 언급된 바 있다. 이러한 용해성 실험은 염 용매화 구조의 신중한 제어가 높은 염 용해성을 갖고 상 분리가 없는 전해질 혼합물을 생성하는데 중요하다는 것을 강조한다. 이와 같이, 탄화수소 용매의 비는 조정되어 용매 혼합물의 .01 내지 99.99%를 나타낼 수 있다. 표 1은 고정된 염 농도의 목적을 위한 표준으로서 1M의 염을 사용하고, 그러나, 높은 또는 더 낮은 농도가 신중하게 연구되었고, 0.001 내지 5M의 염 용해도는 다양한 결과로 관찰되었다. 그러나, 염의 농도 없으면, 염은 단지 하나 이상의 탄화수소 용매로 이루어진 임의의 용매에서 염이 가용성인 것으로 보였다는 점에 유의하였다. 또한, 단지 하나 이상의 탄화수소계 용매 및 염 용해성을 개선하기 위한 액체 첨가제로 이루어진 용매의 혼합물을 사용하여, 염 용해성 또는 강한 상 분리가 없는 것이 일관되게 관찰되었다. 또한, 염 용해성을 개선하기 위한 액체 첨가제가 있거나 없는 단지 하나 이상의 탄화수소계 용매 및 염으로 이루어진 용매의 혼합물을 사용하여, 단지 하나 이상의 탄화수소 용매로 이루어진 순수 용매에 비해 증기압의 저하가 없는 것이 일관되게 관찰되었다.
[056] 리튬 금속의 높은 반응성으로 인해, 고에너지 리튬 배터리 셀에서 애노드로서 사용하는 것이 어렵다. 화학적 불활성 공용매 예컨대 탄화수소 용매를 포함하는 장점을 입증하기 위해, Li 금속은 다양한 용매 및 전해질 혼합물에서 24시간 동안 보관되었고, 유해한 부반응에 대해 시각적으로 조사되었다. 액체 탄화수소 유사체 (즉, 헥산)과 유사하게, 리튬 금속은 유해한 부반응 없이 액화 가스 탄화수소 용매, 및 탄화수소를 공용매로서 포함하는 액화 가스 기반 전해질에 보관될 수 있다. 다양한 용매 및 전해질에 293.15K에서 24시간 동안 침지 후의 리튬 금속의 관측은 표 2에 나타나 있다.
[057] 하나 이상의 액체 성분, 하나 이상의 고체 성분, 또는 하나 이상의 염 성분의 임의의 조합과 함께 하나 이상의 액화 가스 성분으로 이루어진 하나 이상의 액화 가스 전해질을 사용하는 예시적인 전기화학적 장치에서, 전극은 인터칼레이션 유형 흑연, 탄소, 활성탄, 티탄산리튬, 이황화티타늄, 이황화몰리브덴, 인산철리튬, 인산코발트리튬, 인산니켈리튬, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물의 2개의 전극, 또는 예컨대 황, 산소, 이산화탄소, 질소, 아산화질소, 이산화황, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드의 화학물질을 갖는 화학 반응 전극, 또는 리튬, 나트륨, 주석, 마그네슘, 알루미늄, 아연, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 주석, 알루미늄, 아연 금속 또는 금속 합금을 갖는 금속 전극의 임의의 조합으로 이루어진다. 이러한 성분은 전극의 구조적 무결성을 유지하기 위해 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 고무, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 다양한 결합제 중합체 성분과 조합될 수 있다.
[058] 또한, 하나 이상의 액화 가스 용매 용액 또는 전해질은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 과염소산리튬 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로비소산 (LiAsF6), 리튬 테트라클로로알루미네이트 (LiAlCl4), 리튬 테트라갈륨알루미네이트, 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 헥사플루오로스테네이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 (LiFSI), 리튬 알루미늄 플루오라이드 (LiAlF3), 질산리튬 (LiNO3), 리튬 클로로알루미네이트, 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 테트라클로로알루미네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 붕산리튬, 리튬 옥솔레이트, 리튬 티오시아네이트, 리튬 테트라클로로갈레이트, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 탄산리튬, 불화리튬, 산화리튬, 수산화리튬, 질화리튬, 리튬 초산화물, 리튬 아지드, 리튬 델테이트, 디-리튬 스퀘어레이트, 리튬 크로코네이트 이수화물, 디리튬 로디조네이트, 리튬 옥살레이트, 디-리튬 케토말로네이트, 리튬 디-케토석시네이트, 또는 나트륨 또는 마그네슘 또는 이들의 임의의 조합에 대해 치환된 양으로 하전된 리튬 양이온을 갖는 임의의 상응하는 염 중 하나 이상을 포함하는, 하나 이상의 염과 조합될 수 있다. 추가의 유용한 염은 아세테이트, 비스(플루오로설포닐)이미드, 비스(옥살레이트)보레이트, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 브로마이드, 클로라이드, 디시안아미드, 디에틸 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 황산수소염, 아이오다이드, 메탄설포네이트, 메틸-포스포네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 및 트리플루오로메탄설포네이트와 같은 음으로 하전된 음이온과 쌍을 이루는, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄 암모늄, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄, 1,1-디메틸피롤리디늄, 및 1,1-디에틸피롤리디늄, N,N-디에틸-N-메틸-N(2메톡시에틸)암모늄, N,N-디에틸-N-메틸-N-프로필암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-(3-메톡시프로필)암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-벤질암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-페닐에틸암모늄, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄, N-트리부틸-N-메틸암모늄, N-트리메틸-N-헥실암모늄, N-트리메틸-N-부틸암모늄, N-트리메틸-N-프로필암모늄, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴-3H-이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 3-메틸-1-프로필이미다졸륨, H-3-메틸이미다졸륨, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, N-프로필-N-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-메틸-1-(2-메톡시에틸)피롤리디늄, 1-메틸-1-(3-메톡시프로필)피롤리디늄, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄, 1-메틸-1-펜틸피롤리디늄, 또는 N-메틸피롤리디늄과 같은 양으로 하전된 양이온을 갖는 것을 포함한다.
실시예 1
[059] 배터리 셀에서의 플루오로메탄의 일부를 탄화수소 공용매, 예컨대 프로판으로 대체하여, 도 1 (플루오로메탄) 및 도 2 (디플루오로메탄)에 나타난 바와 같이, 더 낮은 증기압 및 GWP를 갖는 것과 같은 셀에 대해 유리한 효과를 가질 것이다. 압력 측정은 다양한 전해질 배합물에 대해 실시되었다. 탄화수소 용매 (프로판)을 갖는 전해질은 탄화수소 공용매가 없는 플루오로메탄보다 더 낮은 증기압 및 더 낮은 GWP를 가지는 것을 나타낸다. 구체적으로, 전해질 혼합물의 GWP는 탄화수소 공용매가 없는 플루오로메탄과 비교하여 54%만큼 감소되었다. 또한, 전해질 혼합물의 증기압은 탄화수소 공용매가 없는 플루오로메탄과 비교하여 (293.15K에서) 40%만큼 그리고 (313.15K에서) 45%만큼 감소되었다. 이는 도 1에 나타나 있다. 유사하게는, 전해질 혼합물의 GWP는 탄화수소 공용매가 없는 디-플루오로메탄과 비교하여 44%만큼 감소되었다. 또한, 전해질 혼합물의 증기압은 탄화수소 공용매가 없는 디-플루오로메탄과 비교하여 (293.15K에서) 15%만큼 그리고 (313.15K에서) 28%만큼 감소되었다. 이는 도 2에 나타나 있다.
[060] GWP는 CO2 당량/질량 (CO2 eq/kg)으로 측정된다. 낮은 또는 제로의 GWP를 갖는 하나 이상의 탄화수소 용매를 더 높은 GWP를 갖는 제1 전해질 혼합물에 첨가하면 더 큰 질량의 최종 전해질에 대한 GWP의 희석에 의해 최종 혼합물의 과잉 GWP를 낮출 것이다. GWP 효과를 저하시키는 것은 탄화수소 공용매의 양을 조절함으로써 또는 사용되는 탄화수소 공용매의 유형을 변화시킴으로써 미세 조정될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 탄화수소 공용매는 다음을 포함한다: 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부탄, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 및 이들의 조합. 바람직하게는, 사용되는 탄화수소 용매의 양 및 유형은 탄화수소 공용매가 없는 용매와 비교하여 적어도 10%만큼 혼합물 (즉, 공용매가 더해진 용매)의 GWP를 낮춘다.
[061] 증기압을 낮추는 개선은 전기화학적 에너지 저장 장치의 작동 온도 범위에 걸쳐 증가되고, 이는 셀 하우징에 대한 압력 요건을 상당하게 감소시킨다. 더 두꺼운 셀 벽은 이것이 셀에 대한 부피, 질량, 및 비용을 추가시키기 때문에 덜 바람직하다. 대안적으로, 스테인리스 강, 티타늄과 같은 더 강한 금속이 더 얇은 벽에 사용될 수 있지만, 셀에 대해 비용이 추가된다. 따라서, 도 1 및 2에 나타난 바와 같이 작동 온도에 걸쳐 전해질의 증기압을 저하시키는 것은 유리한 특성을 가질 것이다.
실시예 2
[062] 플루오로메탄 대신 프로판의 사용은 표 2에 나타난 바와 같이 전해질 용액에서 리튬 금속의 안정성을 개선한다. 이는 리튬 금속을 사용하여 전해질의 상대적 안정성을 결정하기 위해 실시되는 리튬 금속 도금-박리 시험(lithium metal plating-stripping test)에서 추가로 나타난다. 리튬 금속 애노드 및 스테인리스 강 상대 전극으로 이루어진 배터리 코인 셀을 구성하여 리튬 금속 도금 및 박리를 시험하기 위해 사용하였다. 셀을 사용하여 0.5 mA/cm2의 전류에서 스테인리스 강 작업 전극 상에 4.0 mAh/cm2 리튬 금속을 도금하였다. 이후 0.5mAh /cm2의 리튬 금속이 박리되었고, 50 사이클 동안 0.5 mA/cm2의 전류에서 도금하였다. 그리고 마지막으로, 나머지 리튬 금속을 1.0V의 고전압 차단(high voltage cutoff)까지 박리하여 평균 리튬 도금 및 박리 사이클 효율을 결정하였다. 이러한 시험 결과는 도 3 (탄화수소 용매 사용) 및 도 4 (탄화수소 용매를 사용하지 않음)에 나타나 있고, 이는 탄화수소 용매의 첨가가 셀의 쿨롱 효율 (CE)을 개선한 것을 나타낸다. 전해질에서 탄화수소 성분을 사용하지 않을 때 97%의 저하된 쿨롱 효율을 가지는 도 4와 반대로 도 3에서 과전압의 최소 증가 및 ~99% 쿨롱 효율이 나타난다. 이는 탄화수소 용매를 사용하여 리튬 금속 애노드와의 전해질 반응성을 낮추는 것을 통한 최소의 덴드라이트 성장(dendritic growth)과 유리한 고체 전해질 계면 패시베이션 생성물을 나타낸다.
실시예 3
[063] 탄화수소 용매가 있고 그리고 없는 다양한 전해질에 대해 전해질 전도도 측정을 실시하였다. 탄화수소 공용매를 함유하는 전해질 용액은 도 5에 나타난 바와 같이 플루오로메탄 및 디플루오로메탄이 지배적인 전해질에 대해 유사한 전해질 전도도를 나타낸다. 탄화수소 용매를 사용한 약간 낮은 전도도는 기능성 장치, 특히 더 낮은 압력 및 더 낮은 GWP를 갖는 것에 대해 여전히 허용될 것이다.
실시예 4
[064] 리튬 금속 애노드, 흑연 캐소드, 및 다양한 전해질로 이루어진 배터리 코인 셀은 도 6 및 도 7에서 비교된다. 5회 사이클 동안 C/10 레이트(rate)로 셀을 사이클링시켰고 흑연 애노드와 안정한 고체 전해질 계면을 형성하는 전해질의 능력을 나타내었다. 도 6은 탄화수소계 전해질로 만들어진 셀에 대한 성능을 나타내고, 한편 도 7은 탄화수소 용매가 없는 전해질로 만들어진 셀에 대한 성능을 나타낸다. 이는 탄화수소 첨가가 셀 성능을 저하시키지 않고 전해질의 증기압 및 GWP를 낮출 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 5
[065] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 90 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질을 사용하는 배터리 코인 셀을 구성하였다. 성능은 도 8에 나타나 있다. 이러한 전해질은 탄화수소 용매를 포함하지 않는다.
실시예 6
[066] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 80 몰부의 플루오로메탄, 10 몰부의 이소-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 93의 GWP 및 486 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 9에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다.
실시예 8
[067] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 80 몰부의 플루오로메탄, 10 몰부의 n-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 93의 GWP 및 484 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 10에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다.
실시예 9
[068] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 70 몰부의 디플루오로메탄, 20 몰부의 n-부탄, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리메틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 475의 GWP 및 246 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 11에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다.
실시예 10
[069] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로판, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 48의 GWP 및 345 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 12에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다.
실시예 11
[070] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 40 몰부의 플루오로메탄, 50 몰부의 프로펜, 및 10 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 47의 GWP 및 357 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 13에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다.
실시예 12
[071] 리튬 금속 애노드, 리튬-니켈-망간 산화물 (NMC622) 캐소드, 및 35 몰부의 디플루오로메탄, 60 몰부의 프로판, 및 5 몰부의 이산화탄소 중의 1.0M LiTFSI 및 2.0M 트리에틸 포스페이트로 이루어진 전해질로 배터리 코인 셀을 구성하였다. 이러한 전해질 용액은 293.15K에서 239의 GWP 및 195 psi의 압력을 갖는다. 각각의 레이트에서 5회 사이클 동안 C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, 및 2C 레이트의 다양한 레이트에서 4.2V로 셀을 사이클링시켰다. 셀 성능은 도 14에 나타나 있다. 이러한 셀은 도 8에서 탄화수소 용매가 없는 유사한 셀과 비교하여 유사한 성능을 나타낸다. 이후, 도 15에 나타난 수명 저하를 측정하기 위해 1C 레이트에서 셀을 사이클링시켰다. 1000회를 족히 넘는 사이클이 탄화수소 용매를 가진 전해질 (전해질 2)에 대해 입증되었고, 이는 탄화수소 용매가 없는 전해질 (전해질 1)에 비해 개선된 것이다.
실시예 13
[072] 여러 액화 가스 전해질의 증기압을 다양한 양의 염을 사용하여 측정하였다. 다음의 3개의 용매계를 사용하였다: 용매 1 (45 몰부의 디플루오로메탄, 45 몰부의 플루오로메탄, 및 10 몰부의 이산화탄소), 용매 2 (31.5 몰부의 디플루오로메탄, 31.5 몰부의 플루오로메탄, 7 몰부의 이산화탄소, 및 30 몰부의 이소-부탄), 및 용매 3 (31.5 몰부의 디플루오로메탄, 31.5 몰부의 플루오로메탄, 7 몰부의 이산화탄소, 및 30 몰부의 아세틸렌). 0.0M 염을 가진 순수 용매 이외에, 각각의 전해질은 1:2 몰비로 LiTFSI 및 트리메틸 포스페이트를 포함하였다. 각각의 전해질은 0.0, 0.1, 0.5, 1.0, 또는 1.5M LiTFSI 염을 포함하였다. 각각의 전해질의 증기압 곡선은 도 16에 나타나 있다. 염 농도는 전해질의 증기압의 변화를 나타내지 않거나, 또는 측정 불확도 내에서 잘 나타내는 것으로 관찰된다. 또한, 탄화수소 (용매 1)을 포함하지 않는 액화 가스 전해질의 증기압이 최적 성능으로 전해질 증기압을 조정하기 위해 다양한 탄화수소 첨가제의 첨가로 더 높게 (용매 3) 또는 더 낮게 (용매 2) 조정될 수 있다는 것이 입증된다. 다시, 이는 도 1 및 2에서의 관측사항과 일치된다.
실시예 14
[073] 흑연 애노드 및 NMC622 캐소드로 셀을 구성하였고, 열 상승하강 시험(thermal ramp test)으로 시험하였다. 온도를 분당 5℃의 속도로 증가시켰다. 셀의 전압 및 온도 데이터는 도 17에 나타나 있다. 대략 +90℃의 온도에서 액화 가스 전해질 압력은 셀의 배기 압력에 도달되고, 전해질은 대기로 배기되고, 전압은 제로로 즉시 강하한 것이 보여진다. 셀이 배기되고, 전압이 제로로 강하한 후, 셀은 지속적으로 동일한 속도로 가열되고, 최대 +240℃의 온도에서 반응은 관찰되지 않고, 셀이 안전하게 고장날 수 있음을 나타낸다. 이러한 놀라운 결과는 +100℃ 정도로 낮은 온도에서 열 폭주 시작이 보여지고, 열 폭주 반응 동안 +800℃ 정도로 높은 온도에 도달될 수 있는 일반적인 셀과 대조적인 것이다.
실시예 15
[074] 흑연 애노드 및 NMC622 캐소드 및 액화 가스 전해질로 2 Ah 셀을 구성하였고, 과충전 시험으로 시험하였다. 셀을 2 Amp의 속도로 충전하였고, 셀의 전압 및 온도를 관찰하였고, 데이터는 도 18에 나타나 있다. 셀이 5.4 V의 과충전 상태에 도달됨에 따라 (셀의 공칭 전압은 4.2 V이었음), 셀은 과열되어 +60℃의 온도에 도달되고, 이 지점에서 액화 가스 전해질의 증기압이 충분하게 높아 셀 통기구를 개방하고 액화 가스 전해질이 대기로 빠르게 배기되게 하며, 셀은 안전하게 고장날 수 있었다는 것이 보여졌다. 또한, 과충전 동안 캐소드로부터의 산소 방출로 인하여 예상되는 것보다 더 낮은 온도에서 통기구가 개방되었음이 주목되었다. 이러한 증가된 산소 함량이 액화 가스 전해질의 압력을 증가시켰고, 셀이 더 낮은 온도에서 배기되는 것을 가능하게 하였고, 이에 따라 산소를 포함하는 전해질을 사용한 경우의 위험한 열 폭주 반응 또는 폭발이 있을 수 있기 전에 셀의 안전성을 개선하였다. 이러한 결과는 과충전 시험으로 열 폭주 반응, 셀 폭발, 및 위험한 상황을 일으킬 것인 종래의 Li-이온 셀과 극명하게 대조적인 것이다.
실시예 16
[075] 흑연 애노드 및 NMC622 캐소드 및 액화 가스 전해질로 2 Ah 셀을 구성하였고, 셀을 4.2 V의 전체 전압으로 유지하면서 압착 시험(crush test)으로 시험하였다. 18 mm 직경의 실린더형 임팩터를 사용하여 분당 1 mm의 속도로 셀 중앙에서 셀을 압착시켰다. 셀 온도 및 전압을 관찰하였고, 데이터는 도 19에 나타나 있다. 시험에서 대략 9분 시점에서, 셀을 파손시켜 액화 가스 전해질이 셀로부터 배출될 수 있는 것이 관찰되었다. 또한, 셀 내부 단락이 존재하여 셀 온도를 약간 증가시켰지만, 임의의 열 폭주 사건이 발생되는 것을 방지하여 셀이 안전하게 고장날 수 있도록 충분하게 빠르게 전해질이 배기될 수 있었음이 관찰되었다. 이는 셀의 단락으로 인해 압착 시험 동안 열 폭주를 나타내는 종래의 액체 전해질을 포함하는 셀과 극명하게 대조적인 것이다.
전기화학적 에너지 저장 장치의 구성
[076] 293.15 K의 온도에서 100 kPa에서 가스 배출될 것인 안전한 액화 가스 전해질을 갖는 전기화학적 에너지 저장 장치를 구성하는 방법은 도 20a에 나타나 있다. 단계 20-1에서, 제1 혼합물은 제1 전해질 성분 (하나 이상의 용매)와 제2 전해질 성분 (하나 이상의 탄화수소 공용매)를 혼합하여 형성된다. 제2 전해질 성분의 첨가는 (1) 293.15 K에서 측정될 때 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 증기압을 낮추고; (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 생성한다. 제2 전해질 성분은 또한 제1 성분 단독의 GWP와 비교할 때, 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮출 수 있다. 단계 20-2에서, 안전한 액화 가스 전해질은 제1 혼합물에 제3 전해질 성분 (하나 이상의 염)을 혼합하여 형성된다. 이러한 안전한 액화 가스 전해질은 이후 단계 20-3에서 애노드와 캐소드를 갖는 셀 하우징에 첨가되고, 이로써 애노드 및 캐소드는 안전한 액화 가스 전해질과 접촉된다. 대안적으로, 도 20b에 나타난 바와 같이, 제3 전해질 성분 (염)은 우선 셀 하우징에 첨가될 수 있고, 이후 제1 혼합물은 셀 하우징에 첨가되고 (단계 20-3B), 제3 전해질 성분 (염)과 혼합되어 안전한 액화 가스 전해질을 형성한다 (단계 20-2B). 마지막으로, 셀 하우징은 단계 20-4에서 밀봉된다.
[077] 이러한 방법으로 구성되는 예시적인 전기화학적 장치에서, 전극은 탄소 예컨대 흑연, 그래핀, 그래핀 산화물, 탄소, 활성탄, 또는 규소, 티탄산리튬, 이황화티타늄, 이황화몰리브덴, 인산철리튬, 인산코발트리튬, 인산니켈리튬, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물과 같은 2개의 전극, 또는 예컨대 황, 산소, 이산화탄소, 질소, 이산화황, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드의 화학물질을 갖는 화학 반응 전극, 또는 리튬, 나트륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 금속 또는 이들 금속의 합금 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 금속 전극의 임의의 조합으로 이루어진다. 전극은 전극의 구조적 무결성을 유지시키기 위해 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 고무, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 다양한 결합제 중합체 성분을 추가로 포함할 수 있다.
[078] 본 발명의 예시적인 실시양태 및 응용이 상기 기재되고 포함된 예시적인 도면에 나타난 것을 포함하여 본원에 기재되어 있지만, 본 발명은 이러한 예시적인 실시양태 및 응용으로 제한되거나 또는 예시적인 실시양태 및 응용이 작동되거나 본원에 기재된 방식으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 본 기술분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 예시적인 실시양태에 대한 다수의 변형 및 수정이 가능하다. 본 발명은 생성된 장치, 시스템 또는 방법이 이러한 또는 임의의 관련된 특허 출원에 기반하는 특허청에 의해 허용되는 청구항 중 하나의 범위 내에 포함되는 한, 임의의 장치, 구조, 방법, 또는 기능성을 포함할 수 있다.
7.0 청구범위

Claims (22)

  1. 293.15 K의 온도에서 100 kPa에서 가스 배출될 것인 안전한 액화 가스 전해질을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은
    (a) (1) 293.15 K에서 측정될 때, 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 10%만큼 더 낮은 제1 혼합물의 증기압; 및 (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 달성하기 위해, 제2 전해질 성분과 혼합되는 제1 전해질 성분으로부터 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 단계 (a) 이후, 제1 혼합물에 제3 전해질 성분을 혼합함으로써 안전한 액화 가스 전해질을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    여기서 제1 전해질 성분은 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 수소, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제2 성분은 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부탄, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제3 성분은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 과염소산리튬 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로비소산 (LiAsF6), 리튬 테트라클로로알루미네이트 (LiAlCl4), 리튬 테트라갈륨알루미네이트, 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 헥사플루오로스테네이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 (LiFSI), 리튬 알루미늄 플루오라이드 (LiAlF3), 질산리튬 (LiNO3), 리튬 클로로알루미네이트, 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 테트라클로로알루미네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 붕산리튬, 리튬 옥솔레이트, 리튬 티오시아네이트, 리튬 테트라클로로갈레이트, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 탄산리튬, 불화리튬, 산화리튬, 수산화리튬, 질화리튬, 리튬 초산화물, 리튬 아지드, 리튬 델테이트, 디-리튬 스퀘어레이트, 리튬 크로코네이트 이수화물, 디리튬 로디조네이트, 리튬 옥살레이트, 디-리튬 케토말로네이트, 리튬 디-케토석시네이트, 또는 나트륨 또는 마그네슘 또는 이들의 임의의 조합에 대해 치환되는 양으로 하전된 리튬 양이온을 가진 임의의 상응하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 추가의 유용한 염은 아세테이트, 비스(플루오로설포닐)이미드, 비스(옥살레이트)보레이트, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 브로마이드, 클로라이드, 디시안아미드, 디에틸 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 황산수소염, 아이오다이드, 메탄설포네이트, 메틸-포스포네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 또는 이들의 조합과 같은 음으로 하전된 음이온과 쌍을 이루는, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄 암모늄, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄, 1,1-디메틸피롤리디늄, 및 1,1-디에틸피롤리디늄, N,N-디에틸-N-메틸-N(2메톡시에틸)암모늄, N,N-디에틸-N-메틸-N-프로필암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-(3-메톡시프로필)암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-벤질암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-페닐에틸암모늄, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄, N-트리부틸-N-메틸암모늄, N-트리메틸-N-헥실암모늄, N-트리메틸-N-부틸암모늄, N-트리메틸-N-프로필암모늄, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴-3H-이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 3-메틸-1-프로필이미다졸륨, H-3-메틸이미다졸륨, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, N-프로필-N-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-메틸-1-(2-메톡시에틸)피롤리디늄, 1-메틸-1-(3-메톡시프로필)피롤리디늄, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄, 1-메틸-1-펜틸피롤리디늄, 또는 N-메틸피롤리디늄과 같은 양으로 하전된 양이온을 갖는 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 전해질 성분은 제1 전해질 성분 단독의 GWP와 비교하여 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮추는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계 (a)는, 313.15 K에서 측정될 때, 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 20%만큼 더 낮은 제1 혼합물의 증기압을 달성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계 (b)는 추가로 제4 전해질 성분을 혼합하는 것을 포함하고, 여기서 제4 성분은 선형 에테르, 환형 에테르, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 니트릴, 포스페이트, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  5. 293.15 K의 온도에서 100 kPa에서 가스 배출될 것인 안전한 액화 가스 전해질을 가진 전기화학적 에너지 저장 장치를 구성하는 방법으로서, 상기 방법은
    (a) (1) 293.15 K에서 측정될 때, 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 10%만큼 더 낮은 제1 혼합물의 증기압 및 (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 달성하기 위해, 제2 전해질 성분과 혼합되는 제1 전해질 성분으로부터 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 단계 (a) 이후, 제1 혼합물에 제3 전해질 성분을 혼합함으로써 안전한 액화 가스 전해질을 형성하는 단계;
    (c) 2개의 전극을 갖는 셀 하우징을 제공하는 단계;
    (d) 2개의 전극이 안전한 액화 가스 전해질과 접촉되도록, 셀 하우징에 안전한 액화 가스 전해질을 첨가하는 단계;
    (e) 셀 하우징을 밀봉하는 단계
    를 포함하고,
    여기서 제1 전해질 성분은 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 수소, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제2 성분은 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부탄, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제3 성분은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 과염소산리튬 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로비소산 (LiAsF6), 리튬 테트라클로로알루미네이트 (LiAlCl4), 리튬 테트라갈륨알루미네이트, 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 헥사플루오로스테네이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 (LiFSI), 리튬 알루미늄 플루오라이드 (LiAlF3), 질산리튬 (LiNO3), 리튬 클로로알루미네이트, 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 테트라클로로알루미네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 붕산리튬, 리튬 옥솔레이트, 리튬 티오시아네이트, 리튬 테트라클로로갈레이트, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 탄산리튬, 불화리튬, 산화리튬, 수산화리튬, 질화리튬, 리튬 초산화물, 리튬 아지드, 리튬 델테이트, 디-리튬 스퀘어레이트, 리튬 크로코네이트 이수화물, 디리튬 로디조네이트, 리튬 옥살레이트, 디-리튬 케토말로네이트, 리튬 디-케토석시네이트, 또는 나트륨 또는 마그네슘 또는 이들의 임의의 조합에 대해 치환되는 양으로 하전된 리튬 양이온을 가진 임의의 상응하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 추가의 유용한 염은 아세테이트, 비스(플루오로설포닐)이미드, 비스(옥살레이트)보레이트, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 브로마이드, 클로라이드, 디시안아미드, 디에틸 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 황산수소염, 아이오다이드, 메탄설포네이트, 메틸-포스포네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 또는 이들의 조합과 같은 음으로 하전된 음이온과 쌍을 이루는, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄 암모늄, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄, 1,1-디메틸피롤리디늄, 및 1,1-디에틸피롤리디늄, N,N-디에틸-N-메틸-N(2메톡시에틸)암모늄, N,N-디에틸-N-메틸-N-프로필암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-(3-메톡시프로필)암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-벤질암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-페닐에틸암모늄, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄, N-트리부틸-N-메틸암모늄, N-트리메틸-N-헥실암모늄, N-트리메틸-N-부틸암모늄, N-트리메틸-N-프로필암모늄, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴-3H-이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 3-메틸-1-프로필이미다졸륨, H-3-메틸이미다졸륨, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, N-프로필-N-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-메틸-1-(2-메톡시에틸)피롤리디늄, 1-메틸-1-(3-메톡시프로필)피롤리디늄, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄, 1-메틸-1-펜틸피롤리디늄, 또는 N-메틸피롤리디늄과 같은 양으로 하전된 양이온을 갖는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 제2 전해질 성분은 제1 전해질 성분 단독의 GWP와 비교하여 적어도 10%만큼 제1 혼합물의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮추는 것인 방법.
  7. 제5항에 있어서, 단계 (a)는, 313.15 K에서 측정될 때, 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 20%만큼 더 낮은 제1 혼합물의 증기압을 달성하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 단계 (c)는 추가로 제4 전해질 성분을 혼합하는 것을 포함하고, 여기서 제4 성분은 선형 에테르, 환형 에테르, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 니트릴, 포스페이트, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 전극은 흑연, 그래핀, 그래핀 산화물, 탄소, 활성탄, 규소, 티탄산리튬, 이황화티타늄, 이황화몰리브덴, 인산철리튬, 인산코발트리튬, 인산니켈리튬, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 또는 예컨대 황, 산소, 이산화탄소, 질소, 이산화황, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드의 화학물질을 갖는 화학 반응 전극, 또는 리튬, 나트륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 금속 또는 이들 금속의 합금 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 금속 전극으로 이루어지는 방법.
  10. 제5항에 있어서, 전기화학적 에너지 저장 장치는 배터리인 방법.
  11. 제5항에 있어서, 전기화학적 에너지 저장 장치는 커패시터인 방법.
  12. 293.15 K의 온도에서 100 kPa에서 가스 배출될 것인 안전한 액화 가스 전해질을 가지는 전기화학적 에너지 저장 장치를 구성하는 방법으로서, 상기 방법은
    (a) (1) 293.15 K에서 측정될 때 제1 전해질 성분 단독의 증기압과 비교하여 적어도 10%만큼 더 낮은 제1 혼합물의 증기압, 및 (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 제1 혼합물의 증기압을 달성하기 위해, 제2 전해질 성분과 혼합되는 제1 전해질 성분으로부터 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 2개의 전극 및 제3 전해질 성분을 갖는 셀 하우징을 제공하는 단계;
    (c) (1) 안전한 액화 가스 전해질은 제1 혼합물을 제3 전해질 성분과 혼합하여 형성되고, (2) 2개의 전극은 안전한 액화 가스 전해질과 접촉되도록 셀 하우징에 제1 혼합물을 첨가하는 단계;
    (d) 셀 하우징을 밀봉하는 단계
    를 포함하고,
    여기서 제1 전해질 성분은 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 수소, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제2 성분은 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부탄, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    제3 성분은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 과염소산리튬 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로비소산 (LiAsF6), 리튬 테트라클로로알루미네이트 (LiAlCl4), 리튬 테트라갈륨알루미네이트, 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 헥사플루오로스테네이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 (LiFSI), 리튬 알루미늄 플루오라이드 (LiAlF3), 질산리튬 (LiNO3), 리튬 클로로알루미네이트, 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 테트라클로로알루미네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 붕산리튬, 리튬 옥솔레이트, 리튬 티오시아네이트, 리튬 테트라클로로갈레이트, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 탄산리튬, 불화리튬, 산화리튬, 수산화리튬, 질화리튬, 리튬 초산화물, 리튬 아지드, 리튬 델테이트, 디-리튬 스퀘어레이트, 리튬 크로코네이트 이수화물, 디리튬 로디조네이트, 리튬 옥살레이트, 디-리튬 케토말로네이트, 리튬 디-케토석시네이트, 또는 나트륨 또는 마그네슘 또는 이들의 임의의 조합에 대해 치환되는 양으로 하전된 리튬 양이온을 가진 임의의 상응하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 추가의 유용한 염은 아세테이트, 비스(플루오로설포닐)이미드, 비스(옥살레이트)보레이트, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 브로마이드, 클로라이드, 디시안아미드, 디에틸 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 황산수소염, 아이오다이드, 메탄설포네이트, 메틸-포스포네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 또는 이들의 조합과 같은 음으로 하전된 음이온과 쌍을 이루는, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄 암모늄, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄, 1,1-디메틸피롤리디늄, 및 1,1-디에틸피롤리디늄, N,N-디에틸-N-메틸-N(2메톡시에틸)암모늄, N,N-디에틸-N-메틸-N-프로필암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-(3-메톡시프로필)암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-벤질암모늄, N,N-디메틸-N-에틸-N-페닐에틸암모늄, N-에틸-N,N-디메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄, N-트리부틸-N-메틸암모늄, N-트리메틸-N-헥실암모늄, N-트리메틸-N-부틸암모늄, N-트리메틸-N-프로필암모늄, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴-3H-이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 3-메틸-1-프로필이미다졸륨, H-3-메틸이미다졸륨, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, N-프로필-N-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-메틸-1-(2-메톡시에틸)피롤리디늄, 1-메틸-1-(3-메톡시프로필)피롤리디늄, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄, 1-메틸-1-펜틸피롤리디늄, 또는 N-메틸피롤리디늄과 같은 양으로 하전된 양이온을 갖는 것을 포함하는 방법.
  13. 에너지 저장 장치로서,
    압축 가스 용매 및 염의 혼합물을 포함하는 이온 전도성 전해질로서, 여기서 압축 가스 용매는 디메틸 에테르, 메틸 에틸 에테르, 플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,2-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 클로로메탄, 클로로에탄, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 포스포릴 플루오라이드, 포스포릴 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드, 1-플루오로프로판, 2-플루오로프로판, 1,1-디플루오로프로판, 1,2-디플루오로프로판, 2,2-플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,2-트리플루오로프로판, 1,2,2-트리플루오로프로판, 플루오로에틸렌, 시스-1,2-플루오로에틸렌, 1,1-플루오로에틸렌, 1-플루오로프로필렌, 2-프로필렌, 염소, 클로로메탄, 브롬, 요오드, 암모니아, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 산소 분자, 질소 분자, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 메틸 비닐 에테르, 디플루오로 에틸렌, 아산화질소, 이산화질소, 산화질소, 이황화탄소, 불화수소, 수소, 및 이들의 이성질체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 이온 전도성 전해질;
    293.15 K의 실온에서 100 kPa 초과의 압력에서 압축 가스 용매를 유지시키기 위한 가압 조건하에 이온 전도성 전해질을 둘러싸는 하우징;
    이온 전도성 전해질과 접촉되는 2개의 전극; 및
    이온 전도성 전해질에 첨가되는 탄화수소 용매로서, 탄화수소 용매는 (1) 293.15 K에서 측정될 때, 압축 가스 용매 단독의 증기압과 비교하여 적어도 10%만틈 이온 전도성 전해질의 증기압을 낮추고, (2) 293.15 K의 온도에서 100 kPa 초과의 조합된 이온 전도성 전해질 및 탄화수소 용매의 압력을 달성하는 것인 탄화수소 용매
    를 포함하는 에너지 저장 장치.
  14. 제13항에 있어서, 탄화수소 용매는 압축 가스 용매 단독의 GWP와 비교하여 적어도 10%만큼 이온 전도성 전해질의 지구 온난화 지수 (GWP)를 낮추는 것인 에너지 저장 장치.
  15. 제13항에 있어서, 탄화수소 용매는, 313.15 K에서 측정될 때, 압축 가스 용매 단독의 증기압과 비교하여 적어도 20%만큼 이온 전도성 전해질의 증기압을 낮추는 것인 에너지 저장 장치.
  16. 제13항에 있어서, 이온 전도성 전해질에 첨가되는 추가적인 성분을 추가로 포함하는 에너지 저장 장치로서, 여기서 추가적인 성분은 선형 에테르, 환형 에테르, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 니트릴, 포스페이트, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 에너지 저장 장치.
  17. 제13항에 있어서, 탄화수소 용매는 알칸, 알켄, 또는 알킬렌인 에너지 저장 장치.
  18. 제13항에 있어서, 탄화수소 용매는 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 시클로프로판, 시클로프로판, 에텐, 프로펜, 부텐, 시클로부탄, 시클로부텐, 아세틸렌, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 이들의 이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 에너지 저장 장치.
  19. 제13항에 있어서, 탄화수소 공용매는 질량 기준으로 또는 몰비 기준으로 100중 0.01 내지 100중 99.99 사이의 비로 사용되는 에너지 저장 장치.
  20. 제13항에 있어서, 전극은 흑연, 그래핀, 그래핀 산화물, 탄소, 활성탄, 규소, 티탄산리튬, 이황화티타늄, 이황화몰리브덴, 인산철리튬, 인산코발트리튬, 인산니켈리튬, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 또는 예컨대 황, 산소, 이산화탄소, 질소, 이산화황, 티오닐 플루오라이드, 티오닐 클로라이드 플루오라이드, 설푸릴 플루오라이드, 설푸릴 클로라이드 플루오라이드의 화학물질을 갖는 화학 반응 전극, 또는 리튬, 나트륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 금속 또는 이들 금속의 합금 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 금속 전극으로 이루어지는 에너지 저장 장치.
  21. 제13항에 있어서, 에너지 저장 장치는 배터리인 에너지 저장 장치.
  22. 제13항에 있어서, 에너지 저장 장치는 커패시터인 에너지 저장 장치.
KR1020237043606A 2021-06-01 2022-05-31 전기화학적 셀을 위한 화학적 불활성 첨가제 KR20240021821A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163195592P 2021-06-01 2021-06-01
US63/195,592 2021-06-01
PCT/US2022/031594 WO2022256320A1 (en) 2021-06-01 2022-05-31 Chemically inert additives for electrochemical cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240021821A true KR20240021821A (ko) 2024-02-19

Family

ID=84323540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237043606A KR20240021821A (ko) 2021-06-01 2022-05-31 전기화학적 셀을 위한 화학적 불활성 첨가제

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240120543A1 (ko)
EP (1) EP4348752A1 (ko)
KR (1) KR20240021821A (ko)
CN (1) CN117461185A (ko)
CA (1) CA3220578A1 (ko)
WO (1) WO2022256320A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116722330A (zh) * 2023-06-30 2023-09-08 宁夏宝丰昱能科技有限公司 一种电池注液方法和电池注液系统装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074006A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 The Regents Of The University Of California Electrochemical devices comprising compressed gas solvent electrolytes
CN107592879A (zh) * 2015-05-07 2018-01-16 科慕埃弗西有限公司 包含1，1，2，2‑四氟乙烷的组合物及其用途
US11258101B2 (en) * 2017-06-26 2022-02-22 Global Graphene Group, Inc. Non-flammable electrolyte containing liquefied gas and lithium secondary batteries containing same
CN112204688B (zh) * 2018-05-18 2021-08-06 南8技术公司 电化学装置的化学配方
WO2020163879A1 (en) * 2019-02-04 2020-08-13 South 8 Technologies, Inc. Method of electrochemical energy storage device construction

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022256320A1 (en) 2022-12-08
EP4348752A1 (en) 2024-04-10
US20240120543A1 (en) 2024-04-11
CA3220578A1 (en) 2022-12-08
CN117461185A (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5223919B2 (ja) 非水系電解液
JP7146219B2 (ja) 充電式電気化学デバイスのための化学製剤
JP2008021560A (ja) 非水系電解液
KR102613719B1 (ko) 전기화학 디바이스를 위한 전해질 제형
US20240120543A1 (en) Chemically inert additives for electrochemical cells
Gu et al. A non-flammable electrolyte for lithium-ion batteries containing lithium difluoro (oxalato) borate, propylene carbonate and tris (2, 2, 2-trifluoroethyl) phosphate
Sayah et al. Deep and Comprehensive Study on the Impact of Different Phosphazene‐Based Flame‐Retardant Additives on Electrolyte Properties, Performance, and Durability of High‐Voltage LMNO‐Based Lithium‐Ion Batteries
Ye et al. Recent progress in nonflammable electrolytes and cell design for safe Li-ion batteries
US20230327206A1 (en) Reduced Vapor Pressure Liquefied Gas Electrolytes Using High Concentration Salt
JP5092347B2 (ja) 非水電解質二次電池
Xie et al. Designing Non‐flammable Liquid Electrolyte for Safe Li‐ion Batteries
KR20190123337A (ko) 반이차 전지 및 이차 전지