[发明专利]镁离子电池和采用经由新的试剂合成的镁纳米粒子的镁电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2013年10月4日提交的申请号No.14/046081的部分继续申请，为2013年10月4日提交的申请号No.14/046120的部分继续申请，为2014年3月19日提交的申请号No.14/219836的部分继续申请，为2014年5月5日提交的申请号No.14/269895的部分继续申请，上述每个专利申请通过引用整体引入本文。

技术领域

本发明总体上涉及具有由新路径合成的镁纳米粒子的电极，并涉及具有这种电极的电化学电池。

背景技术

锂电池系统多年来代表了一类重要的且商业上成功的能量储存和配置介质。由于尤其是镁电化学的固有优异容量，镁电池系统作为锂电池系统的可能的更高级的替代品最近正在开发。

但是最佳镁电池的开发承担着一定挑战，例如镁离子在电解质与某些典型采用的电极的界面上通常较低的扩散速率。通过引入利用纳米颗粒金属作为电化学活性材料的电极，可潜在地增加生产有竞争力或更高级的镁电池的前景。为了最大化技术成功和经济可行性的前景，合意的是该金属纳米粒子可通过简单、容易扩大到工业生产能力、高度可再现且能够生产高纯度(例如，无氧化物和其他不合意的污染物类)的金属纳米粒子的工艺获得。

发明概述

提供了采用由新的路径合成的金属纳米粒子的电极和电化学电池。

在一个方面，公开了包含镁纳米粒子的电极，其中该镁纳米粒子由包括如下步骤的方法合成，即该步骤为：向根据式I的试剂络合物加入表面活性剂：

Mg⁰·X_yI，

其中Mg⁰为零价镁，X为氢化物，且y为大于0的整数或小数值。

在另一个方面，公开了电化学电池。该电化学电池具有电极，该电极包含镁纳米粒子，该镁纳米粒子由包括如下步骤的方法合成，即该步骤为：

向根据式I的试剂络合物加入表面活性剂：

Mg⁰·X_yI，

其中Mg⁰为零价镁，X为氢化物，且y为大于0的整数或小数值。

附图说明

从以下实施方案的描述并结合附图，本发明的各个方面和优点将会变得显而易见和更易于理解，其中

图1为由本文报道的工艺制备的Mg·(LiBH₄)₂络合物的X射线光电子能谱；和

图2是具有包含由所公开的方法合成的镁纳米粒子作为活性材料的电极的Mg离子电化学电池的镁化曲线。

具体实施方式

本公开内容描述了高纯度、无氧化物且由新合成路径制备的镁纳米粒子。该公开内容进一步描述了具有镁纳米粒子作为活性材料的电极。该公开内容还描述了具有该电极的电化学电池。该公开内容进一步公开了用于制备所有以上内容的方法。

目前，对于制造镁纳米粒子，不存在简单、高产率的工序。此外，含有镁纳米粒子的电极是未知的。

用于合成金属镁纳米粒子的试剂络合物具有如式I所示的化学式：

Mg⁰·X_yI，

其中Mg⁰为零价镁金属，X为氢化物。下标y可为任何正的小数或整数值。在一些情况中，y可为1至4的值，包含端点。在一些情况中，y可为1至2的值，包含端点。在一些情况中，y为大约2。

式I中所采用的氢化物可为固体金属氢化物(例如NaH，或MgH₂)，准金属氢化物(例如，BH₃)，络合金属氢化物(例如LiAlH₄)，或准金属氢化物盐(saltmetalloidhydride，其也称为氢化物盐，例如LiBH₄)。在一些实例中，氢化物为LiBH₄，产生具有式Mg·LiBH₄的试剂络合物。在一些具体的实例中，试剂络合物具有式Mg·(LiBH₄)₂。将理解的是，本文中所用的术语氢化物还可包括相应的氘化物或氚化物。

试剂络合物可为单独分子实体的络合物，例如与一种或多种氢化物分子络合的为氧化态零的单一金属原子。可选地，式I所描述的络合物可作为分子簇存在，例如散布有氢化物分子的为氧化态零的一簇金属原子，或为氧化态零的一簇金属原子，该簇表面涂覆了氢化物分子或氢化物盐遍及该簇地散布。