[发明专利]用于可再充电镁蓄电池的活性材料

说明书

相关申请的引用

本申请要求2012年4月5日提交的美国临时专利申请序列号61/620,612，和2012年6月15日提交的美国临时专利申请序列号61/660,025和2012年11月16日提交的美国专利申请号13/679,616的优先权，通过引用将其所有内容全部并入本文。

技术领域

本发明涉及电化学装置，例如蓄电池，尤其是可再充电蓄电池，例如可再充电镁和镁离子蓄电池。

背景技术

可再充电蓄电池例如锂离子蓄电池具有许多商业应用。体积能量密度是重要的特性，并且较高的体积能量密度对于各种应用来说是所需的。

镁或镁离子蓄电池中的镁离子携带两个电荷，这与锂离子的单个电荷形成对比。为了开发高能量密度蓄电池，改进的电极材料会是非常有用的。

发明内容

在一个方面中公开了镁蓄电池，它包括第一电极和第二电极，第一电极包括活性材料。电解质置于第一电极与第二电极之间。该电解质包括镁化合物。该活性材料包括式为Mg_xSn的材料，其中0≤x≤2。

在又一个方面中公开了镁离子蓄电池，它包括第一电极和第二电极，第一电极包括活性材料。电解质置于第一电极与第二电极之间。该电解质包括镁化合物。该活性材料包括式为Mg_xSn的材料，其中0≤x≤2。

在另一个方面中公开了镁离子蓄电池，它包括第一电极和第二电极，第一电极包括活性材料。常规电解质，例如在1,2-二甲氧基乙烷(DME)电解质内的镁双(三氟甲磺酰基)酰亚胺置于第一电极与第二电极之间。该电解质包括镁化合物。该活性材料包括式为Mg_xSn的材料，其中0≤x≤2。

附图说明

图1是具有含阴极活性材料的正电极和包括新型活性材料的负电极的镁或镁离子蓄电池的图表；

图2是对于强调它们可实现的理论容量的Sn/Mg(黑色)和Bi/Mg(红色)半电池(使用有机卤代铝酸盐电解质)来说的第一次循环的恒电流镁化/脱镁化曲线的图表。插图–对于(1)制造状态的Sn，(2)镁化的Sn(或Mg₂Sn–用箭头标记的峰位置)和(3)脱镁化的Mg₂Sn来说的XRD光谱；

图3是对于Sn/Mg(■黑色)和Bi/Mg(●红色)半电池来说在各种C-倍率下镁化/脱镁化容量的图表。使用有机卤代铝酸盐电解质测试所有半电池。插图-在相同电解质中在0.005C(■黑色)和0.01C(▲蓝色)倍率下Sn/Mg半电池的10次循环；

图4是对于[Mo₆S₈/常规电解质/Mg₂Sn]全电池(■黑色)和[Mo₆S₈/有机卤代铝酸盐电解质/Mg₂Sn]全电池(▲蓝色)来说前10次循环的曲线图；插图-对于每个全电池的第一次循环电压曲线；

图5是来自有机卤代铝酸盐(蓝色)和常规(黑色)电解质(用箭头标记的Mg₂Sn峰位置)的脱镁化Mg₂Sn的XRD光谱的曲线图。插图–XRD光谱，显示出由有机卤代铝酸盐(峰位移1→2)和常规(峰位移3→4)电解质中Mo₆S₈(黑色)的镁化(红色)导致的峰位移；

图6是(a)二次电子图像，(b)背散射电子图像，和(c)制造状态的Sn膜捕获的EDX图谱；

图7是(a)制造状态的Sn，(b)镁化的Sn和(c)脱镁化的Mg₂Sn膜的TEM图像和TEM-EDX光谱曲线。

具体实施方式

本发明的实例包括电化学装置，例如蓄电池，尤其是可再充电蓄电池。实例包括镁基蓄电池，和具体地在镁蓄电池的电极内用作活性材料的材料。特别地，示例性蓄电池包括电极活性材料，该电极活性材料包括锡。本文中描述的改进的活性材料可在示例性蓄电池的阴极和/或阳极内部使用。

预期可再充电镁蓄电池是高能量密度体系。特别地，与锂离子蓄电池相比，镁离子转移两个电子/每个镁离子。然而，以前缺少可充分地利用高能量密度的优点的良好阴极或阳极活性材料。