鈉熔鹽電池和用于其中的熔鹽電解質或離子液體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及包含具有鋼離子傳導性的烙鹽電解質的鋼烙鹽電池。特別地，本發明 設及烙鹽電解質或包含在烙鹽電解質中的離子液體的改進。
【背景技術】
[0002] 近年來，對作為能夠儲存電能的高能量密度電池的非水電解質二次電池的需求在 不斷增加。在非水電解質二次電池中，使用阻燃性烙鹽電解質的烙鹽電池在良好的熱穩定 性方面是有利的。特別地，使用具有鋼離子傳導性的烙鹽電解質的鋼烙鹽電池能夠由廉價 原料制得并由此被認為是有前景的下一代二次電池。
[0003] 烙鹽電解質有前景的主要成分是離子液體，其為有機絳陽離子和陰離子的鹽。例 如，專利文獻1提出了包含各種有機鑛陽離子如化咯燒ii陽離子的離子液體。然而，離子 液體的發展歷史短，且目前使用包含作為雜質的各種微量成分的離子液體。此外，對于雜質 對烙鹽電池的影響的研究較少，且所述影響處于未知的領域。
[0004] 引用列表 陽00引專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本專利特開2012-134126號公報
【發明內容】
[0007] 技術問題
[0008] 在離子液體中，包含化咯燒Ii陽離子的鹽具有高耐熱性和低粘度，由此有望作為 烙鹽電解質的主要成分，所述化咯燒鋪陽離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的燒 基。然而，在使用包含化咯燒f義陽離子（所述化咯燒Ii陽離子在1位具有甲基和具有2~ 5個碳原子的烷基）的離子液體的情況下，在電池存儲期間和在重復充放電循環期間在鋼 烙鹽電池中產生氣體。結果，充放電容量逐漸降低。
[0009] 技術方案
[0010] 本發明的發明人對各種離子液體中的雜質進行了分析，并對包含所分析的離子液 體的烙鹽電池的存儲特性和充放電循環特性進行了評價，所述各種離子液體包含在1位具 有甲基和具有2~5個碳原子的烷基的化咯燒鑲陽離子。根據結果發現，離子液體包含 1-甲基化咯燒作為雜質。還發現，存儲特性和充放電循環特性隨1-甲基化咯燒濃度的變化 而顯著變化。
[0011] 基于上述發現而實現了本發明。
[0012] 具體地，本發明的一方面設及一種鋼烙鹽電池，所述鋼烙鹽電池包含：包含正極活 性材料的正極；包含負極活性材料的負極；和烙鹽電解質，所述烙鹽電解質包含鋼鹽和溶 解所述鋼鹽的離子液體，其中所述離子液體包含陰離子與化咯燒德陽離子的鹽，所述化咯 燒鐵陽離子在I位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基，且在所述烙鹽電解質中I-甲基 化咯燒的含量按質量計為10化pmW下。
[0013] 本發明的另一方面設及一種鋼烙鹽電池用烙鹽電解質，所述烙鹽電解質包含鋼鹽 和溶解所述鋼鹽的離子液體，其中所述離子液體包含陰離子與化咯燒鐵陽離子的鹽，所述 化咯婉I翁陽離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基，且1-甲基化咯燒的含量按 質量計為100卵mW下。
[0014] 本發明的還另一方面設及鋼烙鹽電池用離子液體，所述離子液體包含陰離子與化 咯焼鑛陽離子的鹽，所述化咯燒犧陽離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基， 其中1-甲基化咯燒的含量按質量計為I(K)PPmW下。
[0015] 發明的有益效果
[0016] 根據本發明，改進鋼烙鹽電池的存儲特性和充放電循環特性。
【附圖說明】
[0017][圖1]圖1是根據本發明實施方案的正極的前視圖。
[001引[圖2]圖2是沿圖1的線II-II截取的橫截面圖。
[0019][圖3]圖3是根據本發明實施方案的負極的前視圖。
[0020][圖4]圖4是沿圖3的線IV-IV截取的橫截面圖。
[0021] [圖5]圖5是根據本發明實施方案的烙鹽電池的透視圖，其中將電池殼部分切去。 陽02引[圖6]圖6是沿圖5的線VI-VI截取的縱向橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0023][發明的實施方案的說明]
[0024] 首先，列出本發明實施方案的內容并進行說明。
[00巧]本發明的一方面設及一種鋼烙鹽電池，所述鋼烙鹽電池包含：包含正極活性材料 的正極；包含負極活性材料的負極；和烙鹽電解質，所述烙鹽電解質包含鋼鹽和溶解所述 鋼鹽的離子液體，其中所述離子液體包含陰離子與化咯燒Ii陽離子的鹽，所述化咯燒'據陽 離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基（下文中可W簡稱做"化咯燒續|陽離 子"），且在所述烙鹽電解質中1-甲基化咯燒的含量按質量計為I(K)PPmW下。 陽026] 通過將烙鹽電解質中1-甲基化咯燒的含量控制為按質量計為I(K)PPmW下，顯著 抑制因構成離子液體的化咯燒Ii陽離子的分解而造成的氣體的產生。因此，鋼烙鹽電池的 存儲特性和充放電循環特性提高。
[0027] 在化咯燒鑲陽離子中，特別優選1-甲基-1-丙基化咯燒Ii陽離子（MPPY)。因為 MPPY具有高耐熱性并形成具有低粘度的離子液體，所WMPPY適合作為烙鹽電解質的主要 成分。
[0028] 構成離子液體的陰離子優選為雙（橫酷）亞胺陰離子。溶于離子液體中的鋼鹽優 選為鋼離子與雙（橫酷）亞胺陰離子的鹽。通過使用雙（橫酷）亞胺陰離子作為陰離子， 易于得到具有高耐熱性和高離子傳導性的烙鹽電解質。
[0029] 正極活性材料是電化學地吸藏和放出鋼離子的材料。負極活性材料可W是電化學 地吸藏和放出鋼離子的材料。或者，負極活性材料可W是金屬鋼、鋼合金（例如化-Sn合 金）或與鋼合金化的金屬（例如Sn)。
[0030] 負極活性材料包含例如難石墨化碳。通過使用難石墨化碳作為負極活性材料，更 有效地抑制因化咯燒纔陽離子的分解而造成的氣體的產生。
[0031] 接下來，本發明的另一方面設及一種鋼烙鹽電池用烙鹽電解質，所述烙鹽電解質 包含鋼鹽和溶解所述鋼鹽的離子液體，其中所述離子液體包含陰離子與化咯燒!翁陽離子的 鹽，所述化咯燒Il陽離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基，且1-甲基化咯燒 的含量按質量計為I(K)PPmW下。通過使用所述烙鹽電解質，得到具有良好存儲特性和良好 充放電循環特性的烙鹽電池。
[0032] 本發明的還另一方面設及鋼烙鹽電池用離子液體，所述離子液體包含陰離子與化 咯燒鑛陽離子的鹽，所述化咯燒偷陽離子在1位具有甲基和具有2~5個碳原子的烷基， 其中1-甲基化咯燒的含量按質量計為I(K)PPmW下。通過使用所述離子液體，得到具有良 好存儲特性和良好充放電循環特性的烙鹽電池。
[0033] 注意，將離子液體用作與鋼鹽的混合物，由此將1-甲基化咯燒的濃度稀釋。因此， 當離子液體中1-甲基化咯燒的含量按質量計為I(K)PPmW下時，在烙鹽電解質中1-甲基化 咯燒的含量按質量計也為10化pmW下。
[0034] [發明的實施方案的細節]
[0035] 接下來，將對本發明實施方案的細節進行說明。
[0036] 下面將對鋼烙鹽電池的成份進行詳細說明。
[0037] [烙鹽電解質]
[0038] 烙鹽電解質包含鋼鹽和溶解所述鋼鹽的離子液體。
[0039] 鋼鹽對應烙鹽電解質的溶質。離子液體作為溶解鋼鹽的溶劑。所述烙鹽電解質在 鋼烙鹽電池的工作溫度范圍內是液體。
[0040] 烙鹽電解質的優勢在于，其耐熱性高且不燃。因此，期望烙鹽電解質W盡量少的量 包含鋼鹽和離子液體之外的成分。然而，可WW不顯著損害耐熱性和不燃性的量將各種添 加劑并入烙鹽電解質中。為了不損害耐熱性和不燃性，所述鋼鹽和所述離子液體優選占烙 鹽電解質的90質量％ ^上，更優選95質量％W上。
[0041] 離子液體包含陰離子和化咯燒犧陽離子的鹽，所述化咯燒輸陽離子在1位具有甲 基和具有2~5個碳原子的烷基。通常使用1-甲基化咯燒作為原料制造在1位具有甲基和 具有2~5個碳原子的烷基的所述化咯燒機陽離子。例如，通過1-甲基化咯燒與具有2~ 5個碳原子的烷基的烷基面化物（例如丙基漠或下基漠）之間的反應來合成期望的化咯燒 據陽離子。反應式的實例如下。在式中，PY表示化咯燒環，X表示面素原子，且n= 2~5。 陽0創 CH3-PY+C品Wi-X一X? [CHs-PY-CnHznJ+
[0043] 對制造的化咯燒據陽離子進行例如用有機溶劑洗涂且然后提純的步驟。然而，顯 著量的I-甲基化咯燒作為雜質殘留在制得的離子液體中。因此，離子液體包含作為不可避 免的雜質的例如按質量計為約SOOppmW上的量的1-甲基化咯燒。
[0044] 通過對如上所述合成的含1-甲基化咯燒的離子液體進行更高度地提純，得到具 有按質量計為I(K)PPmW下的1-甲基化咯燒含量的烙鹽電解質。通過使用具有按質量計為 IOOppmW下的1-甲基化咯燒含量的離子液體，在烙鹽電解質中1-甲基化咯燒的含量也變 為按質量計為I(K)PPmW下，所述烙鹽電解質是鋼鹽與離子液體的混合物。 W45] 關于降低1-甲基化咯燒在合成的化咯燒鐵陽離子（例如化咯燒鐵陽離子與面化 物離子的鹽）、或包含化咯焼'絲陽離子的離子液體或烙鹽電解質中的濃度的方法沒有特別 限制。有效方法的實例包括利用吸附劑對運些液體中的任一種液體進行提純的方法和通過 重結晶對離子液體進行提純的方法。
[0046] 吸附劑的實例包括但不特別地