離子液體納米級離子材料組合物、方法和應用的制作方法
【專利摘要】一種制備離子液體納米級離子材料的方法，該離子液體納米級離子材料和具有包括該離子液體納米級離子材料的電池電解液的電池均提供優越的性能。所述優越的性能可以體現在抑制鋰枝晶形成上。
【專利說明】離子液體納米級離子材料組合物、方法和應用
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及并要求下述申請的優先權:(1)2011年7月11日提交的，名稱為“離子液體拴系的納米顆粒混合電解液”，申請號為61/506，226的美國臨時專利申請；和(2)2012年6月8日提交的，名稱亦為“離子液體拴系的納米顆粒混合電解液”，申請號為61/657，252的美國臨時專利申請，這兩項申請的全部內容均通過引用并入本申請。
[0003]關于政府利益的聲明
[0004]獲得本申請所描述的實施例和本申請所主張的發明的研究在基金號為DMR-0079992的美國國家科學基金的資助下進行。美國政府享有本發明主張的權益。
【技術領域】
[0005]實施例大體涉及離子液體納米級離子材料(IL-NIM)組合物。更具體地,實施例涉及離子液體納米級離子材料電解液組合物。
【背景技術】
[0006]相關技術的描述
[0007]含有鋰(Li)金屬作為陽極的二次電池是具有吸引力的，因為其提供了一個已知最高的用于電能儲存的能量密度。然而，不幸的是，大多數目前使用的電解液并不適用于鋰金屬陽極，因為這些電解液在典型的電池電位下不穩定。而且，這些電解液在反復的電池充電和放電循環中還不會減少鋰枝晶的生長。因為這種鋰枝晶的生長可以導致二次鋰電池短路，所以在鋰二次電池中是不希望出現這種鋰枝晶的生長。
[0008]考慮到鋰電池在不同應用中的重要性，理想的鋰電池電解液應該是穩定的，能夠提供優越的性能并且減少鋰枝晶的生長。
【發明內容】
[0009]實施例包括:(I)用于制備離子液體納米級離子材料(IL-NM)的方法；(2)IL-NIM ；(3)包括IL-NM的電池電解液組合物；和(4)電池，其包括具有IL-NM的電池電解液組合物。
[0010]用于制備IL-NIM的方法包括通過金屬氧化物前體材料的反應在溶液中原位形成金屬氧化物納米顆粒；和隨后使金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯劑材料在溶液中原位反應以制備無交聯的IL-NIM (即，離子液體鍵合并拴系到單個金屬氧化物納米顆粒上)。這種特別的工藝順序避免了在制備根據實施例的離子液體納米級離子材料時金屬氧化物納米顆粒的聚集成塊(agglomeration)。
[0011]IL-NM包括離子液體，所述離子液體包括氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個，并且還包括抗衡陰離子，其中氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個與單個納米顆粒拴系。
[0012]電池電解液包括IL-NM，所述IL-N頂包括氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個，以及還包括抗衡陰離子，其中氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個與至少一個納米顆粒拴系。電池電解液還包括鋰鹽。鋰鹽可以包括與IL-NIM相同的抗衡陰離子，但是這種情況并非實施例中所必要的。
[0013]電池包括前述的電池電解液。
[0014]根據實施例的電池電解液組合物為使用所述電池電解液組合物的電池提供了優越的性能，因為根據實施例的電池電解液組合物可以減少鋰枝晶的生長。
[0015]根據實施例的用于制備材料組合物的特定方法包括通過金屬氧化物前體材料的反應在溶液中原位形成多個金屬氧化物納米顆粒。這種特定的方法還包括使所述多個金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯劑材料在溶液中原位反應，以提供無交聯的拴系納米顆粒的離子液體納米級離子材料。
[0016]根據實施例的特定材料組合物包括多個納米顆粒。這種特定的材料組合物還包括多個離子液體分子，其均包括:(I)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和(2)抗衡陰離子，每個氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均僅與單個納米顆粒栓系。
[0017]根據實施例的另一個特定材料組合物包括多個納米顆粒。這種另外的特定材料組合物還包括多個離子液體分子，其均包括:(I)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和(2)抗衡陰離子，每個氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分均與至少一個納米顆粒拴系。這種另外的特定材料組合物還包括鋰鹽。
[0018]根據實施例的特定電池包括電解液，所述電解液包括材料組合物，所述材料組合物包括:(1)多個納米顆粒；和(2)多個離子液體分子，其均包括:(a)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和(b)抗衡陰離子，每個氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分均與至少一個納米顆粒拴系。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]在下文所述的【具體實施方式】的范圍內理解這些實施例的目的、特征和優點。在附圖的背景內理解【具體實施方式】，這些附圖構成了本公開的重要部分，其中:
[0020]圖1A顯示了根據第一實施例的離子液體納米級離子材料(IL-NM)的化學結構；
[0021]圖1B顯示了根據第一實施例的IL-NIM的動態光散射尺寸分布；
[0022]圖1C顯示了根據第一實施例的包括IL-NM的電池電解液的透射電子顯微鏡圖像；
[0023]圖2顯示了根據第一實施例的包括IL-NM的電池電解液的熱重分析(TGA)譜圖；
[0024]圖3顯示了根據第一實施例的IL、IL-NIM和電池電解液的差示掃描量熱法(DSC)譜圖；
[0025]圖4顯示了根據第一實施例的IL、IL-N頂和電池電解液的離子電導率作為溫度倒數函數的圖；
[0026]圖5顯示了根據第一實施例的IL-NM的電流相對于極化衰減時間的圖；
[0027]圖6顯示了根據第一實施例的IL和IL-NM的線性掃描伏安圖；
[0028]圖7顯示了根據第一實施例的使用電池電解液的對稱電池(symmetrical cell)的循環伏安圖；[0029]圖8顯示了根據第一實施例的使用該電池電解液的鋰對稱電池的尼奎斯特曲線；
[0030]圖9顯示了電勢特性作為恒電流測試時間的函數的圖，該恒電流測試時間是用于對根據第一實施例的使用該電池電解液的對稱電池進行恒電流測試的時間；
[0031]圖10顯示了根據第一實施例的電池電解液的機械性質的圖；
[0032]圖11顯示了根據第二實施例的制備IL-NM的反應方案；
[0033]圖12a顯示了根據第二實施例的IL-NM的離子電導率作為溫度和二氧化硅重量填充比率(weight percent loading)的函數的圖；
[0034]圖12b顯示了根據第二實施例的IL-NM的離子電導率作為SiO2-1L-TFSI重量填充比率和溫度的函數的圖；
[0035]圖13顯示了根據第二實施例的使用電池電解液的對稱電池的線性掃描和循環伏安圖；
[0036]圖14顯示了根據第二實施例的電池電解液的機械性質的圖；
[0037]圖15顯示了根據第三實施例的制備IL-NM組合物的反應方案；
[0038]圖16a和圖16b顯示了根據第三實施例的IL-N頂組合物的差示掃描量熱法結果；
[0039]圖17a和圖17b顯示了根據第四實施例的電池電解液組合物的枝晶生長特性；
[0040]圖18a、圖18b、圖18c和圖18d顯示了在不同電池的環境下根據第四實施例的電池電解液組合物的適用性；
[0041]圖19顯示了根據第五實施例的電池電解液的離子電導率和儲能模量作為顆粒填充函數的圖。
【具體實施方式】
[0042]實施例提供了一種制備IL-NM的方法，該方法可以將IL-NM用于供鋰電池使用的電池電解液組合物，其中鋰電池例如但不限于鋰金屬電池或鋰離子電池，以及IL-NM和在電池電解液組合物中包括該IL-NM的電池。根據實施例的電池電解液組合物包括離子液體納米級離子材料(IL-NM)，其包括:(1)金屬氧化物納米顆粒；(2)與金屬氧化物納米顆粒拴系的氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和(3)與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個結合并平衡氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個的電荷的抗衡陰離子。電池電解液組合物還包括鋰鹽，該鋰鹽通常但并非一定包括與IL-NIM相同的抗衡陰離子。
[0043]1.根據實施例的針對離子液體納米級離子材料(IL-NIM)和電池電解液組合物的一般方法和材料的考慮
[0044]如圖1A的化學結構所示，實施例提供了通過將IL拴系于通常可以認為是納米顆粒的硬(hard)無機ZrO2納米結構(以及其他可以被認為是納米顆粒的絕緣無機金屬氧化物納米結構)制備的一系列溶劑電解液。稱為離子液體納米級離子材料(IL-NIM)的這些液體在存在鋰陽極時表現出特別的氧化還原穩定性窗、優越的熱穩定性、良好的Li遷移數和長期界面穩定性，并且當摻雜雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鋰鹽(或優選包括比較龐大的陰離子的其他鋰鹽)時，其具有適宜的電導率。此外，機械特性檢測結果表明這些IL-NM的剪切模量比其未拴系的離子液體前體要高很多個數量級。這些相同的檢測結果表明IL-NIM電解液屬于一類稱為軟玻璃的屈服應力材料(yield stress material),在這種材料中，每個納米級有機-無機混合構建塊(hybrid building block)被捕獲于比平均熱能kT深很多倍的勢能阱中。這樣，當從擴散Li離子或移動Li枝晶前沿的角度看時，IL-NM電池電解液類似于具有可調的孔化學性質、尺寸、彎曲度和表面化學性質(例如，通過改變核顆粒和/或IL配體的化學性質、尺寸和接枝密度)的多孔固體。通過利用已經具有較大的可以利用的納米顆粒和離子液體化學物質庫的優勢，IL-NIM開拓了設計用于二次鋰金屬和鋰離子電池的新型混合電池電解液的新前景，該電池電解液具有卓越的電化學、機械和熱穩定性。
[0045]如上文所述和如圖1A所示，根據實施例的IL-N頂包括:(I)納米顆粒；和(2)離子液體分子，該離子液體分子包括:(a)與納米顆粒拴系的氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和6)與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個結合并平衡氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個的電荷的抗衡陰離子。盡管圖1A顯示了包括通過烷氧基硅烷鍵縮合與單個納米離子拴系的氮陽離子部分的單個離子液體分子，并且雖然這些實施例還考慮了在制備IL-NM組合物的方法和IL-NIM組合物中，將每個離子液體分子中的特定陽離子部分僅與單個納米顆粒拴系以避免通過多功能離子液體導致的納米顆粒交聯，但是這些實施例意味著每個納米顆粒還可以與一個以上的離子液體分子中的一個以上的陽離子部分拴系，通常為在約10個至約1000個離子液體分子中的約10個至約100個陽離子部分，和更優選地為在約50個至約500個離子液體分子中的約50個至約500個陽離子部分。
[0046]此外，盡管這些實施例描述了電池電解液和所得到的包括IL-NM的電池，其中該IL-NIM包括僅與單個納米顆粒拴系的離子液體以避免納米顆粒交聯，但是根據實施例的電池電解液和所得到的電池還可以想到在IL-NM中的一個陽離子部分被鍵合到至少一個納米顆粒上。
[0047]至于納米顆粒，該納米顆粒還可以包括絕緣納米材料，特別是金屬氧化物絕緣納米顆粒材料。可以用于制備根據實施例的納米顆粒的特定金屬氧化物絕緣納米顆粒材料的例子包括但不限于二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯絕緣金屬氧化物材料。這些實施例還涉及包括混合金屬氧化物絕緣金屬氧化物納米顆粒材料的納米顆粒。典型地和優選地，根據實施例的納米顆粒的尺寸范圍為約2至約1000納米，更優選地為約10至約50納米。
[0048]至于在離子液體材料中的氮陽離子部分，該氮陽離子部分可以包括選自下組的氮陽離子，包括但不限于咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。這些實施例還可以得到，含磷的陽離子部分和含硫的陽離子部分也可以被拴系在根據實施例的離子液體的環境中，其中含磷的陽離子部分例如但不限于膦陽離子部分(和與氮連接的磷陽離子部分)，而含硫的陽離子部分例如但不限于锍陽離子部分(和與氮連接的硫陽離子部分)。
[0049]這種氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分可以通過具有約2個至約20個碳原子的有機化學鏈與這些實施例的納米顆粒拴系，其中該有機化學鏈包括但不限于烷基有機化學鏈、烯基有機化學鏈或炔基有機化學鏈。其他用于拴系納米顆粒的類型和組分并未被排除在實施例中。氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分與納米顆粒的拴系可以使用化學鍵合來被影響，該化學鍵合包括但不限于共價鍵合和離子鍵合，盡管使用離子液體功能性硅氧烷偶聯劑的共價鍵合是最常見的。
[0050]至于與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分的至少一個的電荷平衡的抗衡陰離子，該抗衡陰離子可以選自下組，該組包括但不限于四氟硼酸鹽(bf4)、六氟磷酸鹽(PF6)、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺(TFSI)、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟砷酸鹽(AsF6)、六氟銻酸鹽(SbF6)和四氯鋁酸鹽(AlCl4)抗衡陰離子。
[0051]將在下文中更加詳細地披露，實施例涉及根據實施例的IL-NIM與鋰鹽組合作為電池內的電解液材料的用途，并且其特別地被用于鋰電池中，該鋰電池例如但不限于鋰金屬電池或鋰離子電池。鋰鹽可以包括與IL-NM相同或不同的陰離子。典型地，電池電解液包括IL-NM和鋰鹽，其中IL-NM和鋰鹽的重量比為約10:1至約1:10，更優選地為約5:1至約1:1。
[0052]將在下文中更加詳細地披露，實施例還涉及“基質(host)”材料的用途，該“基質”材料為根據實施例的材料組合物提供了特定的所需特性。在實施例的環境下，這種“基質”材料可以包括但不僅限于:(1)未與任何納米顆粒拴系的離子液體材料；(2)選自下組的溶齊U，該組包括但不限于碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對稱砜、1，3-二氧戊環、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和(3)選自下組的聚合物，該組包括但不限于聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。典型地，所述基質材料中IL-N頂與基質材料的質量比為約1:900至約900:1，和更優選地為約1:10至約40:1。
[0053]當制備根據實施例的IL-NIM時，并且為了避免納米顆粒的聚集成塊，具體的制備IL-NIM的方法需要通過適宜納米顆粒金屬氧化物前體材料的水解、縮合或其他適宜的反應在原位溶液中形成所述納米顆粒。這種納米顆粒金屬氧化物前體材料可以包括但不僅限于正硅酸乙酯(TEOS)(即，針對包含二氧化硅的納米顆粒)、氯化鋯(即，針對包含氧化鋯的納米顆粒)或氯化鈦(即，針對包含二氧化鈦的納米顆粒)。一旦在原位在溶液中制備得到了所需的納米顆粒，就可以使用適當的離子液體功能性偶聯劑來將特定的離子液體材料與特定的納米顆粒拴系，并且通常與單個納米顆粒拴系。
[0054]I1.根據第一實施例的氧化鋯納米顆粒拴系的離子液體納米級離子材料(IL-NIM)組合物
[0055]A.實驗結果
[0056]如圖1A所示,在一鍋合成(single pot synthesis)中通過將基于咪唑鐵鹽的IL與氧化鋯(ZrO2)納米顆粒共價拴系制備本章節中作為第一實施例披露的IL-NIM。使用常規的慣用方法合成IL前體,并且使用改良的Stober方案(Stober scheme)制備ZrO2納米顆粒核。可以使用類似的方法在大多數其他金屬氧化物核納米顆粒材料上形成IL-NM。如圖1B所示，光散射的結果顯示，平均顆粒尺寸為86±2nm且相關的顆粒尺寸分布較窄。圖1C中的插圖顯示含有IM LiTFSI的IL-NIM電池電解液在室溫下是膠狀流體。這些電池電解液的透射電子顯微鏡(TEM)圖像如圖1C所示，該圖中顯示了其為由致密的納米結構集合組成的混合物。
[0057]通過差示掃描量熱法(DSC)和熱重分析(TGA)對電池電解液材料的熱性質進行了表征。圖2中的TGA數據顯示了 IL-NM電池電解液在溫度高達400°C時是穩定的，不會熱降解。圖3中的DSC結果表明IL-NM的玻璃化溫度(Tg) (_50°C )遠高于其前體IL (-80°C)的玻璃化溫度，這意味著納米顆粒核提供的約束向下傳遞到了 IL部分。DSC數據還表明IL與ZrO2納米顆粒的共價拴系降低了 IL成分的總遷移率。DSC數據還表明將LiTFSI鹽加入IL-NIM后使電池電解液的Tg進一步增加。
[0058]使用介電譜測定了在不同溫度下含有和不含IM LiTFSI的IL和IL-NM的離子電導率。圖4比較了作為溫度的函數的所測得的離子電導率。將LiTFSI加入IL后使粘度增加，其產生了較低的離子電導率。然而，在IL-NIM的情況下，加入LiTFSI鹽使離子電導率產生了可檢測的增加。在室溫下，摻入LiTFSI的IL和IL-N頂的離子電導率值與其他聚合物電解液的值相當。圖4還顯示了該溫度依賴性屬于Vogel-Fulcher-Tammann (VFT)類型，其為典型的玻璃形成系統的特征。VFT參數見下表1。
[0059]表1
[0060]
【權利要求】
1.一種制備材料組合物的方法，所述方法包括: 通過金屬氧化物前體材料的反應在溶液中原位制備多個金屬氧化物納米顆粒；和使所述多個金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯劑材料在溶液中原位反應以提供無交聯的拴系納米顆粒的離子液體納米級離子材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個金屬氧化物納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述離子液體功能化的偶聯劑材料包括離子液體功能化的烷氧基硅烷。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述制備使用醇縮合反應。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述制備使用金屬鹵化物水解反應。
6.一種材料組合物,包括: 多個納米顆粒；和 多個離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和抗衡陰離子，每個氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均僅與單個納米顆粒掛系。
7.根據權利要求6所述的材料組合物，其進一步包括不與多個納米顆粒中的任意一個拴系的基質材料。
8.根據權利要求7所述的材料組合物，其中所述基質材料包括多個附加的離子液體分子。
9.根據權利要求7所述的材料組合物，其中所述基質材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對稱砜、1，3-二氧戊環、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
10.根據權利要求6所述的材料組合物，其中所述多個納米顆粒中的每個均具有約2至約1000納米的直徑。
11.根據權利要求6所述的材料組合物，其中所述多個納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
12.根據權利要求6所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。
13.根據權利要求6所述的材料組合物，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
14.根據權利要求6所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個與單個納米顆粒共價拴系。
15.一種材料組合物，包括:多個納米顆粒； 多個離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和 抗衡陰離子；和 鋰鹽，其中每個氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均與至少一個納米顆粒掛系。
16.根據權利要求15所述的材料組合物，其進一步包括不與多個納米顆粒中的任意一個拴系的基質材料。
17.根據權利要求16所述的材料組合物，其中所述基質材料包括多個附加的離子液體分子。
18.根據權利要求16所述的材料組合物，其中所述基質材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對稱砜、1，3-二氧戊環、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
19.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述多個納米顆粒中的每個均具有約2至約1000納米的直徑。
20.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述多個納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
21.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。
22.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
23.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個與單個納米顆粒拴系。
24.根據權利要求15所述的材料組合物，其中所述鋰鹽包括四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、鋰、雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、三氟乙酸鹽、乙酸鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺鋰、二氰胺鋰、四氯鋁酸鋰和六氟銻酸鋰的鋰鹽中的至少一個。
25.—種電池,包括電解液,所述電解液包括材料組合物,所述材料組合物包括: 多個納米顆粒；和 多個離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、 磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個；和 抗衡陰離子，每個氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均與至少一個納米顆粒拴系。
26.根據權利要求25所述的電池，其進一步包括不與多個納米顆粒中的任意一個拴系的基質材料。
27.根據權利要求26所述的電池，其中所述基質材料包括多個附加的離子液體分子。
28.根據權利要求26所述的材料組合物，其中所述基質材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對稱砜、1，3-二氧戊環、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
29.根據權利要求25所述的電池，其中所述多個納米顆粒中的每個均具有約2至約1000納米的直徑。
30.根據權利要求25所述的電池，其中所述多個納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
31.根據權利要求25所述的電池，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鐵、喊淀鐵和批略燒鐵氣陽尚子部分。
32.根據權利要求25所述的電池，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
33.根據權利要求25所述的電池，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個與單個納米顆粒`拴系。
【文檔編號】H01M10/0565GK103765663SQ201280043257
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2011年7月11日
【發明者】林登·A·阿徹, S·S·莫干迪, Y·陸 申請人:康奈爾大學