鎂蓄電池用碳硼烷基鎂電解質的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鎂蓄電池用碳硼烷基鎂電解質。本發明提供了一種具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置。具體地，本發明涉及一種具有鎂陽極、陰極、和由非貴金屬制成的集流體、以及碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置。在與所述電解質接觸時，非貴金屬陰極集流體具有相對于鎂參比＞3.0V的極高的氧化穩定性。另外提供了制備所述電化學裝置的方法。
【專利說明】鎂蓄電池用碳硼烷基鎂電解質
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請是2013年5月25日提交的美國專利申請N0.13/902，797的部分接續，并通過引用將其全文并入本文中。
【技術領域】
[0003]本發明主要針對于電化學裝置，且針對于用于制造具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置的方法，且特別針對于具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置，所述碳硼烷基鎂電解質與鎂陽極和由非貴金屬制成的陰極兼容并同時保持相對于鎂參比> 3.0V的氧化穩定性。
【背景技術】
[0004]由于在電極表面處的離子阻擋層的形成，鎂(Mg)的多數普通鹽不能用作有效的鎂蓄電池電解質。先前已顯示，格氏試劑(R-Mg-X)支持鎂的沉積和剝離。目前，典型的電解質是基于一組被稱為有機齒素鋁酸鹽的化合物，所述有機齒素鋁酸鹽通過烷基格氏試劑或芳基格氏試劑與鋁基路易斯酸(AlX3)的反應而獲得。和鎂金屬兼容并具有所報道的高度穩定性的其它非鹵素鋁酸鹽電解質是基于三(3，5_ 二甲基苯基)硼烷和苯基格氏試劑。
[0005]上述化合物已顯示有效調節可逆的鎂沉積和剝離，并且與先前評估的電解質相比具有增強的電流密度，但與非貴金屬電極例如不銹鋼、銅和鋁不兼容。例如，這些化合物已顯示在鉬表面處穩定于> 3.0V(相對于鎂參比)，但被發現在不銹鋼上有非常低的穩定性，即< 2.5V(相對于鎂參比)以及在鋁上< 2.0V(相對于鎂參比)，這是由于它們與這些金屬表面在>2.5V(相對于鎂參比)的電勢下的不兼容性。這阻止了非貴金屬用作與高電壓陰極接觸的集流體，從而限制了理論上鎂蓄電池的能量密度。此外，其中將貴金屬用作集流體的理論鎂蓄電池會招致非常高的成本。
[0006]因此，存在對于與非貴金屬電極會兼容的改進的電解質的需求。
【發明內容】
[0007]在各種非限制性實施方案中公開了具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置以及用于形成這些電化學裝置的方法。
[0008]在一個實施方案中，本文中提供了一種電化學裝置，其包括包含鎂的陽極、陰極例如謝弗雷爾相(Chevrel phase)Mo6S8和碳硼烷基鎂電解質。所述碳硼烷基鎂電解質包括具有下式的組成:
[0009]式(I)=Mg(CiBjHjtl)X,
[0010]式(II)=Mg(CiBjHjtl)Y,
[0011]式(III)=Mg(CiBjHjtl)2,
[0012]式(IV)=Mg2(C2BjHj) X2，或
[0013]以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子，例如氯離子(Cl—)、溴離子(Br—)、或碘離子(Γ);以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子，例如[BH4D。
[0014]在另一個實施方案中，本文中提供了一種用于制備電化學裝置的方法。該方法包括通過外部導電結構將由鎂或鎂合金組成的陽極和陰極連接的步驟以及使所述陽極和陰極與碳硼烷基鎂電解質接觸的步驟。該碳硼烷基鎂電解質包括具有下式的組成:
[0015]式(I)=Mg(CiBjHjtl)X,
[0016]式(II)=Mg(CiBjHjtl)Y,
[0017]式(III)=Mg(CiBjHjtl)2,
[0018]式(IV)=Mg2(C2BjHj) X2，或
[0019]以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子，例如氯離子(Cl—)、溴離子(Br—)、或碘離子(Γ);以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子，例如[BH4D。
[0020]當結合示例性而不是限制性的附圖和實施例閱讀時，具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置及其制備方法的這些和其它的特征將從下面的詳細描述中變得明顯。可將所述碳硼烷基鎂電解質單獨利用或與其它電解質材料組合利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更好地理解具有碳硼烷基鎂電解質的方法和裝置，關于其實施方案，參考所附實施例和附圖，其中:
[0022]圖1是與在四氫呋喃(THF)中的0.2M1-(1，7-碳硼烷基)氯化鎂接觸的鉬(Pt)工作電極以5mV/s的掃描速率的循環伏安圖；
[0023]圖2是與在THF中的0.05M1,7-(1,7-碳硼烷基)_雙-氯化鎂接觸的Pt工作電極以5mV/s的掃描速率的循環伏安圖；
[0024]圖3是每一個均與在THF中的0.2M1-(I，7-碳硼烷基)氯化鎂接觸的各個工作電極以5mV/s的掃描速率的一組線性掃描伏安圖；
[0025]圖4A是電化學電池的多個充電/放電循環下的電壓對時間的曲線圖，所述電化學電池具有與鎂金屬電極相對的硫化鑰(MO6S8)電極和0.2M1-(1，7-碳硼烷基)氯化鎂電解質；
[0026]圖4B是圖4A的電化學電池的比容量對循環次數的曲線圖；
[0027]圖5A是與在四甘醇二甲醚中的0.1M溶劑無水的鎂雙(1-卡巴閉合十二硼酸酯/鹽)(l-carba-closo-dodecaborate)接觸的Pt工作電極以5mV/s的掃描速率的循環伏安圖；
[0028]圖5B是與在四甘醇二甲醚中的0.75M溶劑鎂雙(1-卡巴閉合十二硼酸酯/鹽)接觸的Pt工作電極以5mV/s的掃描速率的循環伏安圖；以及
[0029]圖5C是與在四甘醇二甲醚中的0.1M溶劑鎂雙(1-卡巴閉合十二硼酸酯/鹽)接觸的316不銹鋼工作電極以5mV/s的掃描速率的循環伏安圖。
【具體實施方式】
[0030]本文中提供了具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置和用于制造電化學裝置的方法的示例性實施方案。所提供的具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置可有利于在具有由非貴金屬例如不銹鋼制成的電極的鎂蓄電池中的使用。該電化學裝置例如可以是蓄電池組電池，其通常包括陽極集流體和陰極集流體，視情況而定，它們可外部連接到負載或再充電源。應注意，術語“陽極”和“陰極”在本說明書中用作在蓄電池被放置在跨接負載的上下文中理解的那些術語，即術語“陽極”表示蓄電池的負極且術語“陰極”表示蓄電池的正極。另外，陽極或“負電極”意指其中在放電過程中發生電化學氧化的電極。類似地，陰極或“正電極”意指其中在放電過程中發生電化學還原的電極。在一個實施方案中，陽極、陰極或兩者是基本上或完全由非貴金屬例如不銹鋼、鋁、鎂、銅或包括上述至少一種的合金制成。在某些實例中，“金屬”意指金屬和類金屬。陰極的其它實例包括氧化物、硫化物和硫。
[0031]Mohtadi等人的美國臨時申請序列號61/678，672報道了基于無鹵化物陰離子的鎂電解質例如硼氫化鎂及其衍生物(例如硼簇)，在電通過引用將其全文并入本文中。硼氫化鎂電解質被報道為無腐蝕的電解質，這是由于在陰離子結構中不存在鹵素離子。作為對美國臨時序列號61/678，672的補充，本文中提供了基于碳硼烷基陰離子的電解質。類似于陰離子硼簇例如(B12H12)2_，陰離子碳硼烷基結構例如(CB11H12)IP (C2BltlH11)_均受益于所希望的鹵素離子的不存在，但在醚溶劑中具有更高的溶解度。碳硼烷的有機鎂化合物的應用以往僅限于它們在化學合成中作為中間體的用途。
[0032]本文公開的是所發現的這些材料的電化學性能及其用作用于可再充電鎂蓄電池的電解質的用途。實例可為化合物如MgC2BltlH11X和MgCB11H12X,其中X是鹵素離子例如Cl_和Br—，和無鹵素離子的化合物，如 Mg(C2BltlH11)2、Mg(CB11H12)2、Mg(C2B10H11)-,和 Mg(CB11H12)(BH4)。其它的實例可包括化合物如Mg2 (C2BltlHltl) X2，其中X是鹵素陰離子例如Cl'
[0033]這些碳硼烷基鎂化合物與鎂金屬兼容并且可以在貴金屬和非貴金屬電極兩者上展現高氧化穩定性。例如，MgC2BltlH11Cl顯示了在不銹鋼金屬上的氧化穩定性(例如相對于鎂參比3.2V)，迄今為止高于任何其它與Mg金屬兼容的電解質。因此通過使用本文中描述的碳硼烷基鎂化合物，可緩解腐蝕問題，并且可采用更豐富的地球金屬(例如鋁、不銹鋼)以較低的成本構造電化學裝置例如鎂蓄電池。而且，這些化合物在醚溶劑中的高溶解度允許具有約96%的庫侖效率的高電流密度。
[0034]因此，本文中提供了一種電化學裝置，所述電化學裝置包括鎂陽極；陰極；和碳硼烷基鎂電解質。通常，碳硼烷基電解質將含有每化學計量比單位的至少一個鎂陽離子(Mg2+)和至少一個碳硼烷基陰離子。在一些情況下，碳硼烷基電解質將包含具有下式的組成:
[0035]式(I)=Mg(CiBjHjJ)X,
[0036]式(II)=Mg(CiBjHjtl)Y,
[0037]式(III)=Mg(CiBjHjtl)2,
[0038]式(IV)=Mg2(C2BjHj)X2,^;
[0039]以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至15的整數，包括端點；X是鹵素離子例如氯離子(Cl—)、溴離子(Br—)、或碘離子(Γ);以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子)。在許多變體中，陰極將包含為非貴金屬的活性材料。
[0040]在許多情況下，上面表示為CiB^或CiB^V1的碳硼烷基陰離子將是二十面體閉合碳硼烷的陰離子，其中(i+j)等于12。在這種情況下，i將是I或2，并且相應地j將為11或10。
[0041]應當理解在這里和貫穿本公開，當化合物包含例如如X2表示的多鹵化物物質時，所述多鹵化物不必是相同的本體,而可以包括例如非一致性對例如ClBr。合適的單價陰離子的非限制性實例包括醇鹽離子。在一個實施方案中，式II中的Y可以是硼氫化物離子(BH4_)。在一些情況下，包含在碳硼烷基鎂電解質中的碳硼基陰離子可以是(CB11H12)'(C2BltlH11)_的任何異構體以及(C2BltlHltl)2_的任何異構體中的任何或組合。另外，可將如所描述的碳硼烷基鎂電解質單獨利用或與其它電解質材料組合利用。
[0042]在本文中所述的具有碳硼烷基鎂電解質的電化學裝置中使用的碳硼烷基鎂化合物是在對于相關電化學電池來說的正常工作條件下可溶于或者部分溶于醚溶劑的材料。合適的醚溶劑可以包括THF、乙二醇二甲醚(甘醇二甲醚)、二(2-甲氧基乙基)醚(二甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、或任何其它能夠溶解所利用的碳硼烷基鎂電解質和適合于該電化學電池的結構和要求的醚溶劑。在某些實施方案中，考慮了在25°C和大氣壓力下該碳硼烷基鎂電解質在四氫呋喃(THF)中將具有至少0.05M的溶解度。
[0043]用作在本文中提供的電化學裝置和方法中的電解質的碳硼烷基鎂化合物可以通過非離子型碳硼烷與格氏試劑R-Mg-X或二烷基鎂化合物R-Mg-R'的反應獲得，非離子型碳硼烷在本文中或被稱為“前體碳硼烷”，例如m-碳硼烷(1，7-C2B1(IH12)、P-碳硼烷(1，12-C2B10H12)或ο-碳硼烷(1，2-C2B1(IH12)，其中R和R'各自為烷基部分、芳基部分或它們的組合，可以具有相同或不同的本體，并且X是如上文所述的。可以以1:1到2: I的摩爾比向碳硼烷添加格氏試劑或二烷基鎂化合物以產生例如通過式I例示的碳硼烷基鎂。可參照示例反應A而使該反應形象化:
[0044]C2B10H12+RMgCl ^ Mg (C2B10H11) Cl+RHA
[0045]用作在本文中提供的電化學裝置和方法中的電解質的碳硼烷基鎂化合物還可以通過使前體碳硼烷與正丁基鋰反應以產生碳硼烷基鋰鹽而獲得。如此產生的碳硼烷基鋰鹽可以具有式例如LiCiBjHp1或Li2C2BjHj。可以1:1到2: I的摩爾比向碳硼烷添加正丁基鋰來產生碳硼烷基鋰。通常采用與碳硼烷基鋰等摩爾量的鹵化鎂鹽(MgX2)對碳硼烷基鋰進行的隨后處理產生碳硼烷基鎂電解質。例如，在20ml THF中溶解0.5g m_碳硼烷，然后在-78°C下逐滴地緩慢添加4.5ml的于己烷中的1.6M正丁基鋰，然后在THF中添加含有
0.6g MgCl2的漿料，并且回流至少24小時，這提供了具有式1，7-(1，7-C2B1QH1(I)-Mg2-Cl2的化合物，其也可描述為Mg2 (C2BiqHiq) Cl2。可以參照反應BI和B2而使該工序形象化:
[0046]C2B1(lH12+2n_BuLi — Li2 (C2BiciHltl)+2n_BuHBI，
[0047]Li2 (C2B10H10) +2MgCl2 — Mg2 (C2B10H10) Cl2+2LiCl B2。
[0048]此外，在本文中提供的電化學裝置和方法中用作電解質的碳硼烷基鎂化合物可以這樣獲得，例如，通過類似于上文描述的和反應B1-B2中說明的方法，但是通過采用非鹵化物鎂鹽MgY2替代鹵化鎂MgX2，其中Y是如上所定義的。例如，在20ml THF中溶解0.5g m_碳硼烷，然后在_78°C下逐滴地緩慢添加4.5ml正丁基鋰(在己烷中以1.6M存在)，然后在THF中添加0.4g Mg(BH4)2,并且回流至少24小時，這提供了具有式1_(1，7-C2B1QHn)Mg(BH4)的化合物，其也可描述為Mg (C2B10H11) (BH4)。在某些情況下，特別是在所述前體鎂鹽MY2的陰離子Y是基本上親核的例如Mg(BH4)2時，MgY2可以直接與前體碳硼烷反應以產生碳硼烷基鎂電解質。可參照示例反應Cl和C2而使這些合成形象化:
[0049]Li (C2B10H11) +MgY2 — Mg (C2B10H11) Y+LiYCl，
[0050]C2B10H12+Mg (BH4) 2 — Mg (C2B10H11) (BH4) +BH3+H2 C2。
[0051]在一些變體中，碳硼烷基鎂化合物可以通過在碳硼烷基銀前體和鹵化鎂之間的鹽復分解反應而獲得。例如，可向碳硼烷基銀例如AgCB11H12的溶液添加鹵化鎂例如溴化鎂的溶液。可根據已公開的方法將碳硼烷基銀前體制備為完全溶劑干燥的。通常鹵化鎂和碳硼烷基銀反應物兩者可以存在于醚溶劑例如THF中。由鹵化鎂與碳硼烷基銀的反應導致的由碳硼烷基鎂鹽和鹵化銀組成的固體產物可以通過過濾來收集，并且碳硼烷基鎂化合物可以通過采用烷基化乙二醇例如四甘醇二甲醚萃取而提純。整體反應根據反應Dl進行，參照式III:
[0052]MgX2+2AgCiBJHJ+1 — Mg (CiBjHj^1) 2+2AgXDI。
[0053]其中X是鹵素離子，并且i和j的定義如上。在根據反應Dl的電解質制備的進一步變體中，可采用混合的鎂鹽MgXY來替代反應Dl的鹵化鎂，其中Y是非鹵素單價陰離子例如硼氫化物離子。這樣的進一步變體根據反應D2進行:
[0054]MgXY+AgCiBjHj,! — Mg (CiBjHjJ Y+AgXD2，
[0055]使根據式II的碳硼烷基鎂電解質的產生成為可能。
[0056]應當理解，雖然上面給出的用于產生碳硼烷基鎂電解質的工序的一些實例和反應提及m-碳硼烷或更一般地C2BltlH12作為特定前體碳硼烷，但可以使用任何前體碳硼烷或碳硼烷基鹽例如CsCB11H12t5
[0057]當進行電化學操作時，在本文中提供的電化學裝置和方法中用作電解質的碳硼烷基鎂化合物展現了超過3.0V(相對于鎂參比)的高氧化穩定性。在一個實施方案中，1_(1，
7-C2B10Hn)MgCl和/或1，7-(1，7-碳硼烷基)-雙-氯化鎂(參見例如圖1和2)可以與鎂金屬兼容，具有> 96%的庫侖效率(“庫侖效率”或“QE”或“安培-小時效率”意指放電期間從蓄電池移除的安培-小時與恢復初始容量所需的安培-小時的比率，通常以百分比表示)。此外，在本文中提供的電化學裝置和方法中用作電解質的碳硼烷基鎂化合物，在非貴金屬工作電極例如不銹鋼和鋁上具有高氧化穩定性。在一個實施方案中，當和(一個或多個)不銹鋼電極一起使用時(參見例如圖3)，l-(l，7-C2B1(lHn)MgCl可以表現出相對于鎂參比超過3.0V的高氧化穩定性。
[0058]如圖4A和4B中另外所示，顯示了具有1-(HC2B10H11)MgCl電解質和硫化鑰(Mo6S8)陰極的電池的電化學行為，本公開的電化學裝置在多個可逆充電/放電循環過程中高度一致。
[0059]如上所述，所公開的電化學裝置和方法的某些變體利用碳硼烷基鎂化合物，所述碳硼烷基鎂化合物根據由反應Dl和D2例示的與碳硼烷基銀的離子復分解反應而制備。圖5A和5B顯示了通過這種方法制備并分別配置在具有鉬陰極的電池中的0.1M和0.75M的四甘醇二甲醚溶液中的Mg(CB11H12)2電解質的循環伏安法研究。圖5C顯示了在具有316不銹鋼陰極的電池中0.1M的Mg(CB11H12)2的類似循環伏安圖。
[0060]在鉬電池上的0.75M和0.1M電解質分別實現了至少4mA.cm 2和1.35mA.cm 2的電流密度。這兩種電池隨后保持穩定至約4.0V，高于該4.0V電流密度開始上升。同樣，在不銹鋼上具有0.1M電解質的電池展現相似的陰極穩定性，保持穩定到約3.8V，超過3.8V電流密度開始上升，這表示陰極氧化的開始。
[0061]在一個具體實施方案中，該電化學裝置包括包含鎂的陽極；陰極；和碳硼烷基鎂電解質，所述碳硼烷基鎂電解質包含具有下式的組成:
[0062]式(I): Mg(CiBjHjtl)X,
[0063]式(II): Mg(CiBjHjtl)Y,
[0064]式(III): Mg(CiBjHjtl)2,
[0065]式(IV): Mg2 (C2BjHj) X2，或
[0066]以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子；以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子)，其中(i) CiBPw和C2BjHj兩者中任何一個表示碳硼烷基鎂電解質的碳硼烷基陰離子，是二十面體閉合碳硼烷基陰離子，其中(i+j)等于12，其中出^是^^廠或廠其中(iii)Y是(BH4)_，其中(iv)碳硼烷基鎂電解質通過使碳硼烷與格氏試劑或二烷基鎂化合物R-Mg-Ri接觸而獲得，其中R和Ri各自為烷基部分、芳基部分或它們的組合，其中(V)碳硼烷基鎂通過使由式LiCiB^V1或Li2C2B#_表示的碳硼烷基鋰與鎂鹽接觸而獲得，其中(vi)碳硼烷基鎂電解質通過使由式AgCiBjHp1表示的碳硼烷基銀與鎂鹽接觸而獲得，或其中(Vii)所述電解質在大于3.0V的電勢下是穩定的。
[0067]本文中還提供了一種用于制備電化學裝置的方法。該方法包括通過外部導電結構連接由鎂或鎂合金構成的陽極與具有相對于鎂參比至少1.5V的工作電壓的陰極的步驟。該方法包括使所述陽極和陰極與碳硼烷基鎂電解質接觸的額外步驟，所述碳硼烷基鎂電解質包含具有下式的組成:
[0068]式(I): Mg(CiBjHjtl)X,
[0069]式(II): Mg(CiBjHjtl)Y,
[0070]式(III): Mg(CiBjHp1)2,
[0071]式(IV): Mg2 (CiBjHj) X2，或
[0072]以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子；以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子)。在許多變體中，陰極將包含為非貴金屬的活性材料。
[0073]在一個具體的實施方案中，該方法可以進一步包含碳硼烷基電解質，其中(i)CiBjHjtl和C2B#_兩者中的任一者，其表示碳硼烷基鎂電解質的碳硼烷基陰離子，是二十面體閉合碳硼烷基陰離子，其中(i+j)等于12，其中(ii)X是Cl'其中(iii)Y是(BH4)-，其中(iv)碳硼烷基鎂電解質通過使碳硼烷與格氏試劑或二烷基鎂化合物R-Mg-R'接觸而獲得，其中R和!^各自為烷基部分、芳基部分或它們的組合，其中(V)碳硼烷基鎂通過使由式LiCiB^V1或Li2C2B^表示的碳硼烷基鋰與鎂鹽接觸而獲得，其中(vi)碳硼烷基鎂電解質通過使由式AgCiB^V1表示的碳硼烷基銀與鎂鹽接觸而獲得，或其中(vii)所述電解質在大于3.0V電勢下是穩定的。
[0074]本文公開的所有范圍都包括端點，并且端點可以彼比獨立地組合。“組合物”包括摻混物、混合物、合金、反應產物等。“包括端點”表示包括范圍的端點值。術語“一”，“一個”和“該”在本文中并不表示量的限制，并應被解釋為包括單數和復數，除非本文中另有指示或明顯與上下文相矛盾。如本文中所用的后綴“(S) ”(即中文(一個或多個))旨在包括其修飾的術語的單數和復數形式，從而包括一個或多個該術語(例如，(一個或多個)膜包括一個或多個膜)。整個說明書中提到的“一個實施方案”，“另一實施方案”，“實施方案”等等，當存在時則意味著與該實施方案結合而描述的特定要素(例如特征、結構和/或特性)包括在本文中所描述的至少一個實施方案中，并且可存在于或可不存在于其它實施方案中。另外，應當理解的是，可以以任何合適的方式在各個實施方案中組合所描述的要素。
[0075]盡管描述了特定的實施方案，但 申請人:或其它本領域技術人員可想到目前未預料到的替代、修改、變化、改進和實質等價物。因此，所提交的所附權利要求書和它們可能的修改，旨在涵蓋所有這樣的替代、修改變化、改進和實質等價物。
【權利要求】
1.一種電化學裝置，包含: 包含鎂的陽極； 陰極；和碳硼烷基鎂電解質，所述碳硼烷基鎂電解質包含具有下式的組成:
式(I) =Mg(CiBjHjtl)X,
式(II) =Mg(CiBjHjtl)Y,
式(III) =Mg(CiBjHjtl)2,
式(IV) =Mg2(C2BjHj) X2，或 以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子；且其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子)。
2.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中CiB^V1和C2Bpj兩者中的任一者表示碳硼烷基鎂電解質的碳硼烷基陰離子，其是二十面體閉合碳硼烷基陰離子，其中(i+j)等于12。
3.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中X是Cl—或Br_或Γ。
4.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中Y是(BH4)'
5.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使具有根據CiBjHitj的式的碳硼烷與格氏試劑或二烷基鎂化合物接觸而獲得。
6.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使由式LiCiBjHjtl或由式Li2C2BjHj表示的碳硼烷基鋰與鎂鹽接觸而獲得。
7.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使由式AgCiBjHjtl表示的碳硼烷基銀與鎂鹽接觸而獲得。
8.根據權利要求1所述的電化學裝置，其中所述電解質在大于3.0V的電勢下是穩定的。
9.一種用于制備電化學裝置的方法，包括: 通過外部導電結構連接由鎂或鎂合金組成的陽極與陰極；以及使所述陽極和陰極與碳硼烷基鎂電解質接觸，所述碳硼烷基鎂電解質包含具有下式的組成的組合物: 式⑴:Mg(CiBjHjtl)X,
式(II): Mg(CiBjHp1)Y,
式(III): Mg(CiBjHjtl)2,
式(IV): Mg2 (C2BjHj) X2，或 以上至少兩者的組合，其中i是I或2 ;j是8至11的整數，包括端點；X是鹵素離子；以及其中Y是非鹵素單價陰離子(即具有-1價的陰離子)。
10.根據權利要求9所述的方法，其中CiB^V1和兩者中的任一者表示所述碳硼烷基鎂電解質的碳硼烷基陰離子，其是二十面體閉合碳硼烷基陰離子，其中(i+j)等于12。
11.根據權利要求9所述的方法，其中X是Cl—或Br—或Γ，和/或Y是(BH4)'
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使具有根據C&Hi+j的式的碳硼烷與格氏試劑或二烷基鎂化合物接觸而獲得。
13.根據權利要求9所述的方法，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使由式LiC&Hw或由式Li2C2Bpj表示的碳硼烷基鋰與鎂鹽接觸而獲得。
14.根據權利要求9所述的方法，其中所述碳硼烷基鎂電解質通過使由式AgC&Hw表示的碳硼烷基銀與鎂鹽接觸而獲得。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述電解質在大于3.0V的電勢下是穩定的。
【文檔編號】H01M10/0561GK104183866SQ201410336418
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2013年5月25日
【發明者】R·穆赫塔迪, O·圖圖斯奧斯, T·S·阿瑟, T·J·卡特 申請人:豐田自動車工程及制造北美公司