[发明专利]钙基二次电池用电解质和包含该电解质的钙基二次电池

说明书

本公开内容涉及一种适用于钙基二次电池的电解质，该电解质包含钙离子和电解质介质，其中该电解质在标准条件下是非固体的，且其中该电解质介质包含至少两种不同的非水性溶剂。

技术领域

本公开内容公开了特别适合于在钙基二次电池中使用的电解质、在 温和的(mild)温度和电压条件下能有效运行的钙基二次电池、包含该 电池的非水性二次蓄电池、以及包含该蓄电池的车辆、电子设备或固定 发电设备(stationary power generatingdevice)。

背景技术

二次(即可再充电)电化学电池和蓄电池是在信息相关设备、通信 设备(例如个人计算机、摄录一体机(camcorder)和蜂窝电话)以及在 汽车工业中或在固定发电设备中广泛使用的电源。传统锂基电池典型地 包含其活性材料能接受和释放锂离子的正极(也称为“阴极”)和负极 (也称为“阳极”)，以及设置在电极之间并包含锂离子的电解质。传 统锂基二次电池和蓄电池的寿命并不总是令人满意的。当在可再充电蓄 电池中使用有机溶剂时，负极上的固体-电解质中间相(SEI)的形成似 乎是关键现象。值得注意的是，溶剂似乎在初始充电时分解并形成被称 为固体电解质中间相(SEI)的固体层，其是电绝缘的，但应当呈现出离 子电导性，以允许成功的蓄电池运行。认为该中间相在电池循环时防止 电解质的进一步分解。因此，SEI似乎在控制电池电化学过程、延迟容 量衰减、设定循环寿命和最终确定电池性能方面发挥关键作用。出于该 原因，期望提供具有被赋予良好质量SEI的二次电池/蓄电池，和/或运行 该二次电池/蓄电池以使具有不令人满意的质量的SEI可能对电池/蓄电 池性能的影响最小化。能量存储性质是在传统锂基二次电池和蓄电池中 不总是令人满意的另外方面。因此，期望具有被赋予其负极的较高容量 和较高能量密度的二次电池。同时，当在温和的温度条件和电位窗口下 运行时，电池应当是可再充电的，以便成为与广泛的最终应用的面板相 容的商业上可行的能量存储设备。

本公开内容公开了特别适合于在钙基二次电池中使用的电解质、在 有利的温度和电压条件下能有效运行的钙基二次电池、包含该电池的非 水性二次蓄电池、以及包含该蓄电池的车辆、电子设备或固定发电设备。

附图说明

图1是钙基二次电池的示意图；

图2是报道循环伏安法测量的图，证实了在某些实验条件下钙电 极的电沉积和剥离(stripping)。测试条件是EC_0.5:PC_0.5中的0.3M Ca(ClO₄)₂；a)在1mV/s和各种温度下；b)在50℃和不同扫描速率 下。集流体是不锈钢；

图3是在75℃下、在EC_0.5:PC_0.5中的0.3M Ca(BF₄)₂中、以-1V vs. Ca²⁺/Ca的钙电镀模式之后的不锈钢的照片；

图4是在EC_0.45:PC_0.45:DMC_0.1中的0.3M Ca(BF₄)₂中钙沉积之前 a)和之后b)、c)的铜电极的三张扫描电子显微镜图像。在b)-1V vs.Ca²⁺/Ca下、80h期间和c)-1.5V vs.Ca²⁺/Ca下、200h期间下， 以恒电位模式在75℃下获得钙沉积物；

图5是报道在如图4所限定的实验c)中所沉积的钙的EDS定量 分析的图；

图6是报道沉积物的同步辐射X射线衍射图样的图，该沉积物是 在EC_0.45:PC_0.45:DMC_0.1中的0.3M Ca(BF₄)₂的钙沉积之后形成在铜盘 和不锈钢柱塞上，是以恒电位模式在-1.5V vs.Ca²⁺/Ca下200h期间获 得的；