[发明专利]可再充电的镁离子电池部件及组件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求于2011年3月8日提交的标题为Rechargeable Magnesium ION Cell Components and Assembly的美国专利申请第13/043296号的优先权，该专利申请的全部内容在此通过引用并入本文。

参考引用

本文引用的所有专利、专利申请和出版物在此通过引用的方式全文并入本文，以便更充分地描述本领域技术人员已知的截止本文所描述发明的日期的现有技术。

发明领域

本发明的主题大体涉及用于镁蓄电池的集电器。

背景技术

人们对于能够存储比当今最佳的可再充电锂离子蓄电池更多能量（Wh/I或Wh/kg）的设备有一种持续的需求。一种日益增长的满足该需求的寻求路径是采用二价镁离子（Mg²⁺）来替代一价阳离子锂（Li⁺），因为每重量或体积的镁使得能够传输Li⁺的几乎两倍的电荷，从而能够具有高的能量密度。此外，丰富的镁金属和容易获得的含Mg化合物能够相对于锂离子蓄电池显著降低成本。使用镁金属阳极实现实际的可再充电的镁蓄电池需要由强路易斯碱性有机镁化合物（即，格氏试剂）组成的电解质，其中通常混合有强的路易斯酸（例如，A1C1₃），然而使用这样的电解质需要蓄电池的部件是由能承受腐蚀性反应的材料构成。一种重要的蓄电池部件是电极集电器，电极集电器为电极活性材料提供结构支撑，并导电以完成存储电能和向设备供给电能的电路。迄今为止，惰性贵金属如铂（Pt）已被用于展示镁电解质与活性材料如Mo₆S₈之间的电化学反应。然而，可再充电镁蓄电池单元的商业实现需要容易获得的具有成本效益的集电器。

发明内容

本文公开了包含碳质材料的用于镁蓄电池的集电器。如这里所使用的，碳质材料是指部分或全部含碳的材料，这些材料为镁蓄电池活性材料提供导电支撑件，该导电支撑件对与其他电池部件的反应具有化学惰性和电化学惰性。碳质材料的非限制性例子包括石墨、碳纤维、玻璃碳、无定形碳和热解碳。在一些实施例中，集电器整体都包含碳。在其他的实施例中，集电器部分包含碳。部分包含碳的集电器的非限制性例子包括涂覆有碳的金属，如GrafTech Grafoil金属强化的层压等级（GrafTech Grafoil Metal Reinforced Laminate Grades）TG-251、GHJ、GHE、GHR、GHH和ShowaDenko SDX。在一些实施例中，包含碳的集电器包括形态因子（form factor），这些形态因子包括但不限于金属箔、板和棒上的片、膜、箔、管、微箔、涂层或层压板。含碳集电器对于镁电解质而言是惰性的，并产生了与使用Pt等贵金属作为集电器的镁蓄电池相当的阳极稳定性。本文所公开的含碳集电器使得能够具有成本效益地制造镁蓄电池。

通过采用碳质集电器来支撑电极材料，从而抑制被浸入镁离子电解质溶液中的许多金属和合金常见的限制电池的电压和容量的腐蚀反应，本发明能够显著增加镁（Mg）离子电池的有用电压。