TWI654170B - 電解質組成物及包含其之金屬離子電池 - Google Patents
電解質組成物及包含其之金屬離子電池Info
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Abstract
本揭露提供一種電解質組成物及包含其之金屬離子電池。該電解質組成物包含:一金屬鹵化物;一有機化合物,該有機化合物為含氮化合物、含硫化合物、或上述之組合;以及一含鹵鹽類,該含鹵鹽類具有式(I)所示結構:[Ca+]i[X-]j 式(I)
其中C可為IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素、VIA族元素、過渡金屬、吡咯鎓(pyrrolium)、吡咯啉鎓(pyrrolinium)、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)、吡啶鎓(pyridinium)、銨(ammonium)、咪唑鎓(imidazolium)、吲唑鎓(indazolium)、嘧啶鎓(pyrimidinium)...等;X可為氟、氯、溴、或碘;a=j/i,i為1、2、3、或4,j為1、2、3、4、5、或6。其中,該金屬鹵化物與該有機化合物的莫耳比值大於2,且該金屬鹵化物與含鹵鹽類的莫耳比值大於2;該金屬鹵化物與該含鹵鹽類不同。
Description
本揭露關於一種電解質組成物及包含其之金屬離子電池。
鋁在地球上蘊藏量非常豐富,以鋁作為材料的電子裝置具有較低的成本。在儲能元件的應用方面,鋁在電化學充放電的過程中電子轉移數目可達到三,因此可提供較高的能量儲存容量。再者,由於鋁具有低可燃性及電子氧化還原性質,大幅提昇金屬離子電池在使用上的安全性。
部分傳統金屬離子電池所使用之電解質組成物包含離子液體,以鋁離子電池為例,某些鋁離子電池採用氯化鋁/咪唑鎓氯鹽作為電解質組成物,雖然其具有良好的電化學可逆性,然而,使用咪唑鎓氯鹽的成本偏高,且氯化鋁/咪唑鎓氯鹽的共熔區間狹窄,導致在量產上受到限制。
因此,業界需要一種新的電解質組成物,以解決上述問題。
根據本揭露實施例,本揭露提供一種電解質組成物及包含其之金屬離子電池。該電解質組成物包含:一金屬鹵化物;
一有機化合物,該有機化合物為含氮化合物、含硫化合物、或上述之組合;以及一含鹵鹽類,該含鹵鹽類具有式(I)所示結構:[Ca+]i[X-]j 式(I)
其中C可為IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素、VIA族元素、過渡金屬、吡咯鎓(pyrrolium)、吡咯啉鎓(pyrrolinium)、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)、吡啶鎓(pyridinium)、銨(ammonium)、咪唑鎓(imidazolium)、吲唑鎓(indazolium)、嘧啶鎓(pyrimidinium)、氮雜輪烯鎓(azaannulenium)、氮雜噻唑鎓(azathiazolium)、苯並咪唑鎓(benzimidazolium)、苯並呋喃鎓(benzofuranium)、苯並三唑鎓(benzotriazolium)、硼雜環戊烯鎓(borolium)、膽鹼(cholinium)、噌啉鎓(cinnolinium)、二氮雜二環癸烯鎓(diazabicyclodecenium)、二氮雜二環壬烯鎓(diazabicyclononenium)、二氮雜二環十一碳烯鎓(diazabicyclo-undecenium)、二噻唑鎓(dithiazolium)、呋喃鎓(furanium)、胍鎓(guanidinium)、二氫吲哚鎓(indolinium)、吲哚鎓(indolium)、嗎啉鎓(morpholinium)、氧硼雜環戊烯鎓(oxaborolium)、氧磷雜環戊烯鎓(oxaphospholium)、噁嗪鎓(oxazinium)、噁唑鎓(oxazolium)、異噁唑鎓(iso-oxazolium)、噁噻唑鎓(oxathiazolium)、五唑鎓(pentazolium)、磷雜環戊烯鎓(phospholium)、磷鎓(phosphonium)、酞嗪鎓(phthalazinium)、哌嗪鎓(piperazinium)、哌啶鎓(piperidinium)、吡喃鎓(pyranium)、吡嗪鎓(pyrazinium)、吡唑鎓(pyrazolium)、噠嗪鎓(pyridazinium)、喹唑啉鎓(quinazolinium)、喹啉鎓(quinolinium)、異喹啉鎓(iso-quinolinium)、喹喔啉鎓(quinoxalinium)、硒唑鎓(selenozolium)、硫鎓(sulfonium)、四唑鎓(tetrazolium)、異噻二唑鎓(iso-thiadiazolium)、噻嗪鎓(thiazinium)、
噻唑鎓(thiazolium)、噻吩鎓(thiophenium)、硫脲鎓(thiuronium)、三氮雜癸烯鎓(triazadecenium)、三嗪鎓(triazinium)、三唑鎓(triazolium)、異三唑鎓(iso-triazolium)、或脲鎓(uronium);X可為氟、氯、溴、或碘;a=j/i,i為1、2、3、或4,j為1、2、3、4、5、或6。其中,該金屬鹵化物與該有機化合物的莫耳比值大於2,且該金屬鹵化物與含鹵鹽類的莫耳比值大於2;該金屬鹵化物與該含鹵鹽類不同。
根據本揭露實施例,本揭露亦提供一種金屬離子電池,包含:一正極;一隔離膜;一負極,其中該負極以隔離膜與該正極相隔;以及,上述之電解質組成物,設置於該正極與該負極之間。
10‧‧‧正極
11‧‧‧集電層
12‧‧‧負極
13‧‧‧活性材料
14‧‧‧隔離膜
20‧‧‧電解質組成物
第1圖係本揭露一實施例所述金屬離子電池之示意圖。
以下針對本揭露所述之電解質組成物及金屬離子電池作詳細說明。應了解的是,以下之敘述提供許多不同的實施例或例子,用以實施本揭露之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本揭露。當然,這些僅用以舉例而非本揭露之限定。此外,在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露,不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關聯性。且在圖式中,實施例之形狀、數量、或是厚度可擴大,並以簡化或是方便標示。再者,圖式中各元件之部分將以分別描述說明之,值得注意的是,圖中未繪示或描述之元件,為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式,此外,特定之實施例僅
為揭示本揭露使用之特定方式,其並非用以限定本揭露。
根據本揭露實施例,電解質組成物可包含一金屬鹵化物、一有機化合物、以及一含鹵鹽類;其中該金屬鹵化物與該含鹵鹽類不同,該金屬鹵化物與該有機化合物的莫耳比值大於2,且該金屬鹵化物與含鹵鹽類的莫耳比值大於2。該有機化合物可為含氮化合物、含硫化合物、或上述之組合。該含鹵鹽類具有式(I)所示結構:[Ca+]i[X-]j 式(I)
其中C可為IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素、VIA族元素、過渡金屬、吡咯鎓(pyrrolium)、吡咯啉鎓(pyrrolinium)、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)、吡啶鎓(pyridinium)、銨(ammonium)、咪唑鎓(imidazolium)、吲唑鎓(indazolium)、嘧啶鎓(pyrimidinium)、氮雜輪烯鎓(azaannulenium)、氮雜噻唑鎓(azathiazolium)、苯並咪唑鎓(benzimidazolium)、苯並呋喃鎓(benzofuranium)、苯並三唑鎓(benzotriazolium)、硼雜環戊烯鎓(borolium)、膽鹼(cholinium)、噌啉鎓(cinnolinium)、二氮雜二環癸烯鎓(diazabicyclodecenium)、二氮雜二環壬烯鎓(diazabicyclononenium)、二氮雜二環十一碳烯鎓(diazabicyclo-undecenium)、二噻唑鎓(dithiazolium)、呋喃鎓(furanium)、胍鎓(guanidinium)、二氫吲哚鎓(indolinium)、吲哚鎓(indolium)、嗎啉鎓(morpholinium)、氧硼雜環戊烯鎓(oxaborolium)、氧磷雜環戊烯鎓(oxaphospholium)、噁嗪鎓(oxazinium)、噁唑鎓(oxazolium)、異噁唑鎓(iso-oxazolium)、噁噻唑鎓(oxathiazolium)、五唑鎓(pentazolium)、磷雜環戊烯鎓(phospholium)、磷鎓
(phosphonium)、酞嗪鎓(phthalazinium)、哌嗪鎓(piperazinium)、哌啶鎓(piperidinium)、吡喃鎓(pyranium)、吡嗪鎓(pyrazinium)、吡唑鎓(pyrazolium)、噠嗪鎓(pyridazinium)、喹唑啉鎓(quinazolinium)、喹啉鎓(quinolinium)、異喹啉鎓(iso-quinolinium)、喹喔啉鎓(quinoxalinium)、硒唑鎓(selenozolium)、硫鎓(sulfonium)、四唑鎓(tetrazolium)、異噻二唑鎓(iso-thiadiazolium)、噻嗪鎓(thiazinium)、噻唑鎓(thiazolium)、噻吩鎓(thiophenium)、硫脲鎓(thiuronium)、三氮雜癸烯鎓(triazadecenium)、三嗪鎓(triazinium)、三唑鎓(triazolium)、異三唑鎓(iso-triazolium)、或脲鎓(uronium);X為氟、氯、溴、或碘;a=j/i,i為1、2、3、或4,j為1、2、3、4、5或6。具體而言,所述IA元素,包含鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、及銫(Cs);IIA族元素,包含鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、及鐳(Ra);IIIA族元素,包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、及鉈(Tl);IVA族元素,包括矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、及鉛(Pb);VA族元素,包含磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、及鉍(Bi);VIA族元素,包含硒(Se)、碲(Te)、及釙(Po);過渡金屬,包含鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鎝(Tc)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、金(Au)、鑭(La)系及錒(Ac);吡咯鎓,例如甲基吡咯鎓;吡咯啉鎓,例如甲基吡咯啉鎓;吡咯烷鎓,例如甲基吡咯烷鎓;吡啶鎓,例如甲基吡啶鎓;銨,例如甲基銨;咪唑鎓,例如甲基咪唑鎓;吲唑鎓,例如甲基吲唑鎓;嘧啶鎓,例如甲基嘧啶鎓。舉例來說,具有式(I)的含鹵鹽類可為氯化鈉(NaCl)、氯化鎂(MgCl2)、四氯化錫(SnCl4)、四氯化鉛
(PbCl4)、五氟化磷(PF5)、五氯化磷(PCl5)、五氟化砷(AsF5)、五氯化砷(AsCl5)、六氟化硒(SeF6)、三甲胺鹽酸鹽(trimethylamine hydrochloride)、三乙胺鹽酸鹽(triethylamine hydrochloride)、氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride)、咪唑鹽酸鹽(imidazole hydrochloride)。
根據本揭露某些實施例,上述含鹵鹽類包含三甲胺鹽酸鹽、三乙胺鹽酸鹽、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、咪唑鹽酸鹽或上述之組合。
根據本揭露實施例,上述金屬鹵化物包含氯化鋁、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋅、氯化銅、氯化亞銅、氯化錳、氯化鉻、氟化鋁、氟化鐵、氟化亞鐵、氟化鋅、氟化銅、氟化亞銅、氟化錳、氟化鉻、氯化鈮、氯化銻或上述之組合。
根據本揭露實施例,上述有機化合物可為含氮化合物、含硫化合物、或上述之組合。具體而言,所述含氮化合物可例如胺類化合物、亞胺類化合物、醯胺類化合物、醯亞胺類化合物、脲類化合物或上述之組合。胺類化合物可例如為甲胺(methanamine)、二甲胺(dimethylamine)、三甲胺(trimethylamine),乙胺(ethanamine)、二乙胺(diethylamine)、三乙胺(triethylamine)、二丁胺(dibutylamine)、己二胺(hexamethylenediamine)、2-甲基正丁胺(2-methylbutylamine)、苯乙胺(phenethylamine)、吡咯啶(pyrrolidine)、吡咯(pyrrole)、咪唑(imidazole)、吡啶(pyridine)、嘧啶(pyrimidine)等;亞胺類化合物可例如為二苯甲酮亞胺(benzophenone imine)、
2,2,4,4-四甲基-3-戊酮亞胺(2,2,4,4-tetramethyl-3-pentanone imine)、環己亞胺(hexamethyleneimine)等;醯胺類化合物可例如為甲醯胺(methanamide)、乙醯胺(acetamide)、N-甲基甲醯胺(N-methylformamide)、N-甲基乙醯胺(N-methylacetamide)、N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide)、N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethylacetamide)、丙烯醯胺(acrylamide)、硫醯胺(sulfamide)、環磷醯胺(cyclophosphamide)等;醯亞胺類化合物可例如為鄰苯二甲醯亞胺(phthalimide)、丁二醯亞胺(succinimide)、馬來醯亞胺(maleimide)等。脲類化合物可例如為尿素(urea)、N-甲基脲(N-methylurea)、N-乙基脲(N-ethylurea)、N,N-二甲基脲(N,N-dimethylurea)、N,N-二乙基脲(N,N-diethylurea)等;所述含硫化合物可例如碸類化合物、磺酸類、硫醇類化合物或上述之組合。碸類化合物可例如為二甲基碸(dimethylsulfone)、環丁碸(tetramethylene sulfone)、二苯基亞碸(diphenyl sulfoxide)等;磺酸類化合物可例如為磺酸(sulfonic acid)、甲磺酸(methanesulfonic acid)、苯磺酸(benzenesulfonic acid)等;硫醇類化合物可例如為甲基硫醇(methanethiol)、乙二硫醇(ethanedithiol)、異丙硫醇(isopropanethiol)等。根據本揭露實施例,上述有機化合物不含鹵素。
根據本揭露某些實施例,上述有機化合物包含N-甲基脲(N-methylurea)、N-甲基乙醯胺(N-methylacetamide)、甲基磺醯基甲烷(methylsulfonylmethane)或上述之組合。
根據本揭露某些實施例,上述金屬鹵化物與上述有機化合物的莫耳比值大於2且小於或等於205。舉例來說,上述金屬鹵化物與上述有機化合物的莫耳比值可約為2.05、2.1、2.2、2.3、10、100、200、205。若上述金屬鹵化物與上述有機化合物的莫耳比值過大,則不共熔。若上述金屬鹵化物與上述有機化合物的莫耳比值過小,則無法共熔。根據本揭露某些實施例,上述金屬鹵化物與上述含鹵鹽類的莫耳比值大於2且小於或等於13.7。舉例來說,上述金屬鹵化物與上述含鹵鹽類的莫耳比值可約為2.05、2.1、3.4、5.1、5.9、6.8、8.2、10.3、13.7等。若上述金屬鹵化物與上述含鹵鹽類的莫耳比值過大,則無法共熔。若上述金屬鹵化物與上述含鹵鹽類的莫耳比值過小,則含鹵鹽類無法完全溶於金屬鹵化物與有機化合物的共熔體中,而使電解質混濁,影響電解質的離子導電性。
值得注意的是,先前技術一般認為氯化鋁/咪唑鎓氯鹽(或含氯離子液體)的莫耳比需小於2,以避免部分氯化鋁偏離共熔區產生析出的狀況,而造成電池無法正常運作的問題。然而,本揭露提供的金屬鹵化物、有機化合物、及含鹵鹽類的組合,可使金屬鹵化物與含鹵鹽類的莫耳比例大於2,突破了氯化鋁/咪唑鎓氯鹽的共熔區間狹窄的既有問題,不僅可降低製造成本,也提高了量產的應用性。
根據本揭露實施例,本揭露亦提供一種金屬離子電池。請參照第1圖,係為本揭露一實施例所述金屬離子電池100的示意圖。金屬離子電池100可包含一正極10、一負極12、及一隔離膜14,其中該隔離膜14可設置於該正極10及該負極12之間,以使得該負極以該隔離膜14與該正極相隔,避免該正極10與該負極12直接接觸。
該金屬離子電池100包含上述電解質組成物20設置於該金屬離子電池100內,並位於該正極與該負極之間,使得電解質組成物20與該正極10及負極12接觸。該金屬離子電池100可為充電式之二次電池,但本揭露亦涵蓋一次電池。
根據本揭露實施例,上述正極10可包含一集電層11及一活性材料13設置於該集電層11之上。根據本揭露實施例,該正極10亦可由該集電層11及活性材料13所構成。根據本揭露實施例,該集電層11可為導電性碳基材,例如碳布、碳氈、碳紙。該集電層11亦可為金屬材質如鋁、鎳、銅及鉬等金屬。此外,該集電層11可為碳材與金屬的複合層。舉例來說,該導電性碳基材可具有片電阻介於約1mΩ.cm2至6mΩ.cm2之間、以及含碳量大於65wt%。該活性材料13可為具層狀結構之碳材、釩系氧化物、金屬硫化物、或上述材料的團聚物。根據本揭露實施例,該具層狀結構之碳材係石墨、奈米碳管、石墨烯、或上述之組合。
根據本揭露實施例,上述具層狀結構之碳材可為插層碳材,例如:石墨(包含天然石墨、人工石墨、熱解石墨、發泡石墨、鱗片石墨、或膨脹石墨)、石墨烯、奈米碳管、或上述材料之組合。上述活性材料13可具有一孔隙度介於約0.05至0.95之間,例如介於約0.3至0.9之間。此外,根據本揭露實施例,上述活性材料13可直接成長於該集電層11之上(即兩者之間沒有任何介質),或是利用黏著劑將該活性材料13固定於該集電層11上。
根據本揭露實施例,上述隔離膜14之材質可為玻璃纖維、聚乙烯(polyethylene、PE)、聚丙烯(Polypropylene、PP)、不織布、木質纖維、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones)、PES)、陶瓷纖維
等或上述之組合。
根據本揭露實施例,上述負極12係為一金屬或該金屬的合金。根據本揭露實施例,該金屬可為銅、鐵、鋁、鋅、銦、鎳、錫、鉻、釔、鈦、錳、或鉬。此外,該負極12可更包含一集電層(未繪示),而該金屬或含金屬的合金係配置於該集電層上。根據本揭露實施例,該金屬或含金屬的合金可直接成長於該集電層之上(即兩者之間沒有任何介質),或是利用黏著劑將該金屬或含該金屬的合金固定於該集電層上。根據本揭露實施例,該金屬可為還原電位小於或等於鋁的金屬,以改善金屬離子電池負極腐蝕的問題。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉數實施例及比較實施例,作詳細說明如下:
實施例1
在充氬手套箱內,取2.05mole之氯化鋁與1mole之N-甲基脲(N-methylurea)於室溫(約25℃)下混合形成共熔體。接著,加入0.3mole之三甲胺鹽酸鹽(trimethylamine hydrochloride,(CH3)3NH+Cl-),持續攪拌12小時後,得到電解質組成物。
接著,提供一厚度為0.025mm之鋁箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)製造),對其進行裁切,得到鋁電極。以及,提供隔離膜(玻璃纖維濾紙(2層)、商品編號為沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨電極(包含一活性材質配置於一集電基板上,其中該集電基板為碳纖維紙、活性材質為天然石墨),並按照鋁電極、隔離膜、及石墨電極的順序排列,並以鋁塑膜將各電池組件包覆封裝,然後置入烘箱以80℃乾燥2小時。之後,取出完成乾燥程序之軟包電池,於充氬手套箱中,注入電解質組成物並作最終封裝,即可得到金屬離
子電池(1)。
接著,使用MTI電池分析器(BST8-WA,Richmond)以50mAg-1電流對金屬離子電池(1)作充放電測試。測試結果如表1所示。
實施例2
與實施例1類似,差別僅在於將三甲胺鹽酸鹽改為三乙胺鹽酸鹽(triethylamine hydrochloride,(C2H5)3NH+Cl-),得到金屬離子電池(2)。測試結果如表1所示。
比較例1
與實施例1類似,差別僅在於不加三甲胺鹽酸鹽,得到金屬離子電池(3)。測試結果如表1所示。
由表1可知,在電解質中組成物中,加入含鹵鹽類(實施例1、2)相較沒有加含鹵鹽類(比較例1),可提高金屬離子電池的最大放電容量與庫倫效率。
實施例3
在充氬手套箱內,取2.05mole之氯化鋁與1mole之N-甲基乙醯胺(N-methylacetamide)於室溫(約25℃)下混合形成共熔體。接著,加入0.3mole之氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,[EMIm]Cl),持續攪拌12小
時後,得到電解質組成物。
接著,提供一厚度為0.025mm之鋁箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)製造),對其進行裁切,得到鋁電極。以及,提供隔離膜(玻璃纖維濾紙(2層)、商品編號為沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨電極(包含一活性材質配置於一集電基板上,其中該集電基板為碳纖維紙、活性材質為天然石墨),並按照鋁電極、隔離膜、及石墨電極的順序排列,並以鋁塑膜將各電池組件包覆封裝,然後置入烘箱以80℃乾燥2小時。之後,取出完成乾燥程序之軟包電池,於充氬手套箱中,注入電解質組成物並作最終封裝,即可得到金屬離子電池(4)。
接著,使用MTI電池分析器(BST8-WA,Richmond)以500mAg-1定電流對金屬離子電池(4)作充放電測試。測試結果如表2所示。
實施例4
與實施例3類似,差別僅在於將氯化1-乙基-3-甲基咪唑改為咪唑鹽酸鹽(imidazole hydrochloride,C3H4N2H+Cl-),得到金屬離子電池(5)。測試結果如表2所示。
比較例2
與實施例3類似,差別僅在於不加氯化1-乙基-3-甲基咪唑,得到金屬離子電池(6)。測試結果如表2所示。
由表2可知,在電解質組成物中,加入含鹵鹽類(實施例3、4)相較沒有加含鹵鹽類(比較例2),可提高金屬離子電池的最大放電容量與庫倫效率。
實施例5
與實施例1類似,差別僅在於三甲胺鹽酸鹽的用量改為1.0mole,得到金屬離子電池(7)。測試結果如表3所示。
實施例6
在充氬手套箱內,取2.05mole之氯化鋁與0.01mole之N-甲基脲(N-methylurea)於室溫(約25℃)下混合形成共熔體。接著,加入1.0mole之氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,[EMIm]Cl),持續攪拌12小時後,得到電解質組成物。
接著,提供一厚度為0.025mm之鋁箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)製造),對其進行裁切,得到鋁電極。以及,提供隔離膜(玻璃纖維濾紙(2層)、商品編號為沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨電極(包含一活性材質配置於一集電基板上,其中該集電基板為碳纖維紙、活性材質為天然石墨),並按照鋁電極、隔離膜、及石墨電極的順序排列,並以鋁塑膜將各電池組件包覆封裝,然後置入烘箱以80℃乾燥2小時。之後,取出完成乾燥程序之軟包電池,
於充氬手套箱中,注入電解質組成物並作最終封裝,即可得到金屬離子電池(8)。
接著,使用MTI電池分析器(BST8-WA,Richmond)以50mAg-1電流對金屬離子電池(8)作充放電測試。測試結果如表4所示。
實施例7
在充氬手套箱內,取2.05mole之氯化鋁與1mole之N-甲基脲(N-methylurea)於室溫(約25℃)下混合形成共熔體。接著,加入0.15mole之氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,[EMIm]Cl),持續攪拌12小時後,得到電解質組成物。
接著,提供一厚度為0.025mm之鋁箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)製造),對其進行裁切,得到鋁電極。以及,提供隔離膜(玻璃纖維濾紙(2層)、商品編號為沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨電極(包含一活性材質配置於一集電基板上,其中該集電基板為碳纖維紙、活性材質為天然石墨),並按照鋁電極、隔離膜、及石墨電極的順序排列,並以鋁塑膜將各電池組件包覆封裝,然後置入烘箱以80℃乾燥2小時。之後,取出完成乾燥程序之軟包電池,於充氬手套箱中,注入電解質組成物並作最終封裝,即可得到金屬離子電池(9)。
接著,使用MTI電池分析器(BST8-WA,Richmond)以50mAg-1電流對金屬離子電池(9)作充放電測試。測試結果如表5所示。
比較例3
在充氬手套箱內,取2.05mole之氯化鋁與1mole之氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,[EMIm]Cl)於室溫(約25℃)下混合。混合液呈現混濁狀,顯示無法完全共熔形成共熔體。由於無法達到電解液須澄清勻相的標準,因此不封裝成電池進行測試。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何本技術領域中具有通常知識者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作任意之更動與潤飾,因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (14)
- 一種電解質組成物,包含:一氯化鋁;一有機化合物,該有機化合物為脲類化合物、醯胺類化合物、碸類化合物、或上述之組合;以及一含鹵鹽類,該含鹵鹽類具有式(I)所示結構[Ca+]i[X-]j 式(I)其中C為IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素、VIA族元素、過渡金屬、吡咯鎓(pyrrolium)、吡咯啉鎓(pyrrolinium)、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)、吡啶鎓(pyridinium)、銨(ammonium)、咪唑鎓(imidazolium)、吲唑鎓(indazolium)、嘧啶鎓(pyrimidinium)、氮雜輪烯鎓(azaannulenium)、氮雜噻唑鎓(azathiazolium)、苯並咪唑鎓(benzimidazolium)、苯並呋喃鎓(benzofuranium)、苯並三唑鎓(benzotriazolium)、硼雜環戊烯鎓(borolium)、膽鹼(cholinium)、噌啉鎓(cinnolinium)、二氮雜二環癸烯鎓(diazabicyclodecenium)、二氮雜二環壬烯鎓(diazabicyclononenium)、二氮雜二環十一碳烯鎓(diazabicyclo-undecenium)、二噻唑鎓(dithiazolium)、呋喃鎓(furanium)、胍鎓(guanidinium)、二氫吲哚鎓(indolinium)、吲哚鎓(indolium)、嗎啉鎓(morpholinium)、氧硼雜環戊烯鎓(oxaborolium)、氧磷雜環戊烯鎓(oxaphospholium)、噁嗪鎓(oxazinium)、噁唑鎓(oxazolium)、異噁唑鎓(iso-oxazolium)、噁噻唑鎓(oxathiazolium)、五唑鎓(pentazolium)、磷雜環戊烯鎓(phospholium)、磷鎓(phosphonium)、酞嗪鎓(phthalazinium)、哌嗪鎓(piperazinium)、哌 啶鎓(piperidinium)、吡喃鎓(pyranium)、吡嗪鎓(pyrazinium)、吡唑鎓(pyrazolium)、噠嗪鎓(pyridazinium)、喹唑啉鎓(quinazolinium)、喹啉鎓(quinolinium)、異喹啉鎓(iso-quinolinium)、喹喔啉鎓(quinoxalinium)、硒唑鎓(selenozolium)、硫鎓(sulfonium)、四唑鎓(tetrazolium)、異噻二唑鎓(iso-thiadiazolium)、噻嗪鎓(thiazinium)、噻唑鎓(thiazolium)、噻吩鎓(thiophenium)、硫脲鎓(thiuronium)、三氮雜癸烯鎓(triazadecenium)、三嗪鎓(triazinium)、三唑鎓(triazolium)、異三唑鎓(iso-triazolium)、或脲鎓(uronium);X為氯;a=j/i,i為1、2、3、或4,j為1、2、3、4、5、或6;其中該氯化鋁與該有機化合物的莫耳比值大於2,且該氯化鋁與含鹵鹽類的莫耳比值大於2;其中該氯化鋁與該含鹵鹽類不同。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該有機化合物不含鹵素。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該醯胺類化合物或脲類化合物包含甲醯胺(methanamide)、乙醯胺(acetamide)、N-甲基甲醯胺(N-methylformamide)、N-甲基乙醯胺(N-methylacetamide)、N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide)、N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethylacetamide)、丙烯醯胺(acrylamide)、硫醯胺(sulfamide)、尿素(urea)、N-甲基脲(N-methylurea)、N-乙基脲(N-ethylurea)、N,N-二甲基脲(N,N-dimethylurea)、N,N-二乙基脲(N,N-diethylurea)或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該碸類化 合物包含二甲基碸(dimethylsulfone)、環丁碸(tetramethylene sulfone)、二苯基亞碸(diphenyl sulfoxide)、甲基磺醯基甲烷(methylsulfonylmethane)或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該含鹵鹽類包含氯化鈉(NaCl)、氯化鎂(MgCl2)、四氯化錫(SnCl4)、四氯化鉛(PbCl4)、五氟化磷(PF5)、五氯化磷(PCl5)、五氟化砷(AsF5)、五氯化砷(AsCl5)、六氟化硒(SeF6)、三甲胺鹽酸鹽(trimethylamine hydrochloride)、三乙胺鹽酸鹽(triethylamine hydrochloride)、氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride)、咪唑鹽酸鹽(imidazole hydrochloride)、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該氯化鋁與該有機化合物的莫耳比值大於2且小於或等於205。
- 如申請專利範圍第1項所述之電解質組成物,其中該氯化鋁與含鹵鹽類的莫耳比值大於2且小於或等於13.7。
- 一種金屬離子電池,包含:一正極;一隔離膜;一負極,其中該負極以隔離膜與該正極相隔;以及申請專利範圍第1-7項任一項所述之電解質組成物,設置於該正極與該負極之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬離子電池,其中該正極由一集電層及一活性材料所構成。
- 如申請專利範圍第9項所述之金屬離子電池,其中該集電層 係導電性碳基材。
- 如申請專利範圍第9項所述之金屬離子電池,其中該活性材料係具層狀結構之碳材、釩系氧化物、或金屬硫化物。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬離子電池,其中該負極係金屬或該金屬之合金、集電層、或其組合。
- 如申請專利範圍第12項所述之金屬離子電池,其中該金屬係銅、鐵、鋁、鋅、銦、鎳、錫、鉻、釔、鈦、錳、或鉬。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬離子電池,該隔離膜係玻璃纖維、聚乙烯(polyethylene、PE)、聚丙烯(Polypropylene、PP)、不織布、木質纖維、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones)、PES)、陶瓷纖維、或上述之組合。
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