Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6909707B2 - 混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6909707B2 - 混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液 - Google Patents

混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液 Download PDF

Info

Publication number
JP6909707B2
JP6909707B2 JP2017211785A JP2017211785A JP6909707B2 JP 6909707 B2 JP6909707 B2 JP 6909707B2 JP 2017211785 A JP2017211785 A JP 2017211785A JP 2017211785 A JP2017211785 A JP 2017211785A JP 6909707 B2 JP6909707 B2 JP 6909707B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ether solvent
magnesium salt
ether
carboranyl
electrochemical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017211785A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018088399A (ja
JP2018088399A5 (ja
Inventor
ラナ・モハタディ
オスカー・トゥトゥザウス
Original Assignee
トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド, トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド filed Critical トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
Publication of JP2018088399A publication Critical patent/JP2018088399A/ja
Publication of JP2018088399A5 publication Critical patent/JP2018088399A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6909707B2 publication Critical patent/JP6909707B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037Mixture of solvents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

関連出願の相互参照
この出願は、2016年11月28日に提出された米国仮出願第62/427,070号の利益を主張する。
技術分野
本発明は、一般に、混合エーテル溶媒を備える電解液を有する電気化学電池に関し、より具体的には、このような溶媒に溶解されるカルボラニルマグネシウム塩を備える電解液を有するマグネシウム電池に関する。
背景
カルボラニルマグネシウム塩は、マグネシウムアノードに適合し、マグネシウム電池に組み込まれたとき高い電気化学的安定性を有する。したがって、これらの塩は、非常に有望なマグネシウム電解液の基礎を形成する。
しかしながら、いくつかの例では、カルボラニルマグネシウム塩は電気化学的に適合可能な溶媒において所望されるよりも低い溶解度を有する。カルボラニルマグネシウム塩のカルボラニルアニオンは、合理的に官能基化されて溶解度を向上させ得るが、これは経済的に望ましくない。いくつかの例では、溶解度は、大きな分子量で多座配位性エーテルの溶媒を用いることによって向上され得る。しかしながら、このような溶媒は、通常高い粘性を有しており、マグネシウムイオンの伝導度を低減し、したがって電解液の性能を低下させる。
さらに、カルボラニルマグネシウム塩を用い、可能な限り低いコストで高いイオン伝導度を提供するために必要な溶解度を達成する、改良された電解液が必要とされる。
概要
様々な限定でない実施形態に、混合エーテル溶媒電解液を有する電気化学装置およびこれらの電気化学装置を形成するプロセスが、開示される。
一実施形態に、マグネシウムを有するアノードと、カソードと、アノードおよびカソードと接触する電解液とを含む、電気化学装置がここに提供される。電解液は、カルボラニルマグネシウム塩と、カルボラニルマグネシウム塩が溶解される混合エーテル溶媒とを含む。混合エーテル溶媒は、第1エーテル溶媒と、第1エーテル溶媒とは異なる第2エーテル溶媒とを含む。
さらに別の実施形態に、電気化学装置を準備するための方法がここに提供される。本方法は、マグネシウムを有するアノードとカソードとを外部の電気伝導度構造を介して接続するステップと、アノードおよびカソードを電解液で接触させるステップとを含む。電解液は、カルボラニルマグネシウム塩と、カルボラニルマグネシウム塩が溶解される混合エーテル溶媒とを含む。混合エーテル溶媒は、第1エーテル溶媒と、第1エーテル溶媒とは異なる第2エーテル溶媒とを含む。
カルボラニルマグネシウム電解液を有する電気化学装置、およびその製造方法のこれらのおよび他の特徴は、例示であって限定ではない、図面および実施例と合わせて読むとき、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。説明されるようなカルボラニルマグネシウム電解液は、単独で、または他の電解液物質との組み合わせで用いられ得る。
本方法およびカルボラニルマグネシウム電解液を有する装置のよりよい理解のために、本明細書に説明される特定の変形例および実施例に関して、添付の図面が参照される。
テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグリム)中の0.35重量モル濃度のMg(CB11122と接触するプラチナ(Pt)作用電極のサイクリックボルタモグラムであって、ボルタモグラムは5mV/sのスキャン速度で実行された。 1:1重量比の1,2−ジメトキシエタン:ジグリムを有する、本開示の混合エーテル溶媒中の0.50重量モル濃度のMg(CB11122と接触するPt作用電極のサイクリックボルタモグラムであって、ボルタモグラムは35mV/sのスキャン速度で実行された。 1:1重量比のテトラヒドロフラン:ジグリムを有する、本開示の混合エーテル溶媒中の0.54重量モル濃度のMg(CB11122と接触するPt作用電極のサイクリックボルタモグラムであって、ボルタモグラムは35mV/sのスキャン速度で実行された。
詳細な説明
本開示は、カルボラニルマグネシウム塩を含む電解液を有する電気化学装置を提供する。カルボラニルマグネシウム塩は、マグネシウムアノードでの可逆的なマグネシウムの析出を媒介し、同時に、非カルボラニルマグネシウム含有電解液のために既に示された態様におけるカソード集電器で、比較的非腐食性でかつ酸化的に安定であることが可能である。本技術の電解液は、1以上の部分を有するカルボラニルアニオンに官能基化され得る。
したがって、カルボラニルマグネシウム塩は、ステンレスなどの非貴金属からなるカソード集電器を有するマグネシウム電池の電解液としての使用に特に有利である。現在開示されたカルボラニルマグネシウム塩は、マグネシウムアノードでの可逆的かつ反復的なマグネシウムの析出との電気化学的な適合性の特性、カソード集電器での腐食の低減、および十分に高い溶解度を兼ね備え、高いイオン伝導度および高められた循環速度性能を提供する。
さらに、アノードと、カソードと、アノードおよびカソードと接触する混合溶媒のカルボラニル電解液とを含む電気化学装置が、ここに提供される。一般に、混合溶媒のカルボラニルマグネシウム電解液(もしくは、本明細書では単に「電解液」と呼ばれる)は、化学量論単位ごとに少なくとも1つのマグネシウムカチオン(Mg2+)および少なくとも1つのカルボラニルアニオンを有する、カルボラニルマグネシウム塩を含むだろう。いくつかの例では、カルボラニルマグネシウム塩は以下の式、
Figure 0006909707
または、前述のうちの少なくとも2つの組み合わせを含むだろう。ここで、iは5〜11の範囲内の整数であり、jは0〜iの範囲内の整数であり、kは0〜iの間の整数であり、互いのXから独立するそれぞれのXはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素であり、互いのRから独立するそれぞれのRはアルキル、アリール、アルコキシル、アリールオキシ、それらの部分的もしくは完全なフッ化類縁体、または前述の官能基を組み合わせる部分である。多くの実施では、j,kまたはj+kは、2以下であろう。いくつかの実施では、jおよびkのうち少なくとも1つは、7以下であろう。いくつかの特定の実施では、j,kまたは両方は、0に等しいであろう。いくつかの特定の実施では、jは11に等しいであろう。
本明細書で用いられるような用語「アルキル」は、1〜18の炭素(C1〜C18)を有する分岐または直鎖アルキル基を意味し、任意で部分的にまたは完全にフッ素化され得る。本明細書で用いられるような用語「アリール」は、フェニルまたはナフチルなどの6〜14の炭素(C6〜C14)を有する芳香族炭化水素基を意味する。アリールも、任意で部分的または完全にフッ素化され得る。本明細書で用いられるような用語「アルコキシ」は、式−ORalkを有する官能基を意味し、ここでRalkは上記で定義されたようなアルキルである。アルコキシ基は、任意で部分的または完全にフッ素化され得る。本明細書で用いられるような用語「アリールオキシ」は、式−ORarylを有する官能基を意味し、ここでRarylは上記で定義されたようなアリール基である。アリールオキシ基は、任意で部分的または完全にフッ素化され得る。
一般的に、上記の式I〜IVのいずれかとして上記に表されるカルボラニルアニオンは、クロソカルボランのアニオンであろう。いくつかの実施形態では、正二十面体のクロソカルボランのアニオンであろう。H、XおよびR基を除いて、炭素原子およびホウ素原子の累積的な数は12である。
カルボラニルマグネシウム塩が式I〜IVに従う塩である開示された電気化学装置のいくつかの実施では、Rはカルボラニルアニオンの炭素と共有結合的に結合され得る。いくつかの実施では、カルボラニルマグネシウム塩は式I〜IVに従う式であり、Rはアルキルであり得る。いくつかのこのような実施では、Rはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルまたはヘキシルであり得る。
カルボラニルマグネシウム塩が式I〜IVに従う塩である開示された電気化学装置のいくつかの実施では、Xはカルボラニルアニオンのホウ素と共有結合的に結合され得る。いくつかの実施では、カルボラニルマグネシウム塩は式I〜IVに従う塩であり、jは1、6または11であり得る。
混合溶媒カルボラニル電解液はさらに、カルボラニルマグネシウム塩が溶解される混合溶媒系を含むだろう。混合溶媒系は、第1エーテル溶媒と、第1エーテル溶媒とは異なる第2エーテル溶媒とを含む。第1エーテル溶媒および第2エーテル溶媒のそれぞれは、関連する電気化学装置のための通常の運転条件下でカルボラニルマグネシウムを溶解させるまたは部分的に溶解させることが可能である、任意のエーテル溶媒であり得る。第1エーテル溶媒、第2エーテル溶媒または両方のいずれかとしての使用に好適であるエーテル溶媒の限定でない例は、テトラヒドロフラン(THF)、1,2−ジメトキシエタン(グリム)、ビス(2−メトキシエチル)エーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグリム)、または用いられるカルボラニルマグネシウム塩の部分的な溶解を促すことが可能で、電気化学装置の構成および要求に好適である任意の他のエーテル溶媒を含む。ある実施形態では、カルボラニルマグネシウム塩は、25℃、大気圧で、少なくとも0.001重量モル濃度の第1エーテル溶媒および第2エーテル溶媒のいずれかまたは両方に溶解度を有するだろう。
いくつかの実施形態では、第1エーテル溶媒または第2エーテル溶媒のうちの少なくとも1つは、25℃、大気圧の標準的な条件下で、2cP未満、または1cP未満の粘度を有するだろう。いくつかの実施形態では、混合エーテル溶媒は、25℃、大気圧の標準的な条件下で、2cP未満の粘度を有するだろう。
カルボラニルマグネシウム塩は通常、多くの酸素を含み、大きな粘度を有する、エーテル溶媒において、より少ない酸素を含み、低い粘度を有するエーテル溶媒中のそれらの溶解度よりも大きな溶解度を有することが理解されるだろう。一方で、マグネシウムイオン移動、すなわち伝導度は、一般的に低い粘度の溶媒で、より高くなるだろう。以下の表Iを参照することにより、第1エーテル溶媒および第2エーテル溶媒のそれぞれが個々に低い溶解度をそれぞれ備える場合でさえも、本開示の混合エーテル溶媒は概ね高いカルボラニルマグネシウム塩溶解度を備えることが発見された。表Iは、様々な単一のまたは混合のエーテル溶媒中のMg(CB11122の溶解度を示す。ここでDMEは1,2−ジメトキシエタンを意味し、G2はジグリムを意味し、G3はトリグリムを意味し、G4はテトラグリムを意味する。表Iはまた、様々な単一のまたは混合のエーテル溶媒の測定粘度または推定粘度を示す。
Figure 0006909707
たとえば、1:1重量比のTHF:DMEは、DME単独の溶解度よりも約50倍高く、THF単独の溶解度よりも約100倍高い溶解度を提供することが分かるだろう。1:1重量比のTHF:G2における溶解度は、G3単独またはG4単独の溶解度に相当するが、1:1重量比のTHF:G2の粘度はG3単独およびG4単独に対してそれぞれ約70%および約82%低減されることが分かるだろう。
加えて、表IIを参照して分かるように、混合エーテル溶媒は、全ての場合において、第1エーテル溶媒単独または第2エーテル溶媒単独のいずれかのイオン伝導度よりも実質的に大きなイオン伝導度を提供する。
Figure 0006909707
したがって、たとえば、1:1重量比でTHF:G2またはDME:G2を有する混合エーテル溶媒は、テトラグリムの最大イオン伝導度よりも約5倍大きな最大イオン伝導度を有することが分かるだろう。いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、混合エーテル溶媒の実質的により大きなイオン伝導度は、主として混合エーテル溶媒の低い粘度によると考えられる。たとえば、表Iおよび表IIを参照すれば、THF:G2の1:1混合物は、より大きなグリムの溶解度に匹敵するカルボラニルマグネシウム溶解度を有し、同時にはるかに低い粘度を有することが分かるだろう。
様々な実施において、カルボラニルマグネシウム塩は、少なくとも0.1重量モル濃度、または少なくとも0.25重量モル濃度、または少なくとも0.5重量モル濃度の濃度で、混合エーテル溶媒に存在するだろう。いくつかの実施では、混合溶液電解液は、1mS/cmより大きい、または3mS/cmより大きい、または6mS/cmより大きいマグネシウムイオン伝導度を有するだろう。
本開示に従い、カルボラニルマグネシウム塩を含む電解液を有する電気化学装置は、多くの実施において、反応Aに従う還元/酸化反応が起こるマグネシウム電池であろう。
Figure 0006909707
多くの実施で、電気化学装置は、二次電池または二次電池のサブユニットであろう。このような実施では、本明細書で用いられるような用語「アノード」は、装置が放電する間にマグネシウム酸化が起こり、装置が充電する間にマグネシウム還元が起こる電極を意味することが理解されるべきである。同様に、用語「カソード」は、このような実施において、装置が放電する間に材料還元が起こり、装置が充電する間に材料酸化が起こる電極を意味することが理解されるべきである。
このような実施では、アノードは、装置が放電する間、マグネシウムの電気化学的酸化に関係するのに効果的な任意の材料または材料の組み合わせを備え得る。同様に、アノードは、装置が充電する間、マグネシウムカチオンの電気化学的還元に関係し、還元されたマグネシウムを包含するのに効果的な任意の材料または材料の組み合わせを含み得る。いくつかの実施では、アノードは、本質的に、元素としてのマグネシウム(すなわち、形式電荷を有しないマグネシウム原子)からなり得る、または元素としてのマグネシウムの少なくとも1つの表面層を備え得る。他の実施では、アノードは、マグネシウム含有合金および/または薄い電極等の挿入型マグネシウム電極を含み得、電池が充電される範囲で他の材料を有する錯体または合金にマグネシウムを含む。
カソードは、装置の放電の間、カソード材料の電気化学的挿入に関係するのに効果的な任意の材料または材料の組み合わせを備え得る。同様に、カソードは、装置の充電の間、前記カソード材料の電気化学的抽出に関係するのに効果的な任意の材料または材料の組み合わせを備え得る。いくつかの実施形態では、装置が放電する間にカソードで挿入され、装置が充電される間にカソードから抽出されるカソード材料は、マグネシウムを備え得る。好適だが非排他的なカソード材料の例は、Mo68などのシェブレル相のモリブデン成分、FeSiO4(可逆的にMgFeSiO4)、MnO2、MgFePO4、硫黄、有機硫酸化合物、ポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシ−4−イルメタクリル酸)(PTMA)などの有機カソード材料、空気または任意の他の好適な材料を含み得る。
電気化学装置は、加えて、少なくとも1つの外部コンダクタを備え、外部コンダクタは、アノードとカソードとの間の電気的な通信を可能にするように構成される。単純な実施では、少なくとも1つの外部コンダクタは、アノードに一端で、カソードに他端で接続される、ワイヤなどの単一のコンダクタであり得る。他の実施では、少なくとも1つの外部コンダクタは、複数のコンダクタを備え得る。複数のコンダクタは、アノードおよびカソードを、充電の間に電気化学装置に電位を印加するように構成される動力源装置と、電気化学装置から電力を受けるために配置される他の電気的装置と、または両者と、電気的に通信する。
図1〜3は、電解液を除いて同一である電気化学装置のサイクリックボルタモグラムを示す。図1は、電解液がテトラグリム中の0.35重量モル濃度Mg(CB11122であることを除いて、本開示と同様の電気化学装置のデータを示す。図2および図3は、同等の電気化学装置のサイクリックボルタモグラムを示すが、電解液は、それぞれ、1:1DME:ジグリム中の0.50重量モル濃度のMg(CB11122、または1:1THF:ジグリム中の0.54重量モル濃度のMg(CB11122である。結果は、本開示の電気化学装置(図2〜3)が混合エーテル溶媒を欠く電気化学装置(図1)よりも約5〜10倍大きな最大電流密度を有することを示す。この結果は、本開示の電解液が以前の電解液と比較して優れたイオン伝導度を有するという、先に説明された結果と一致する。
ここでは、電気化学装置を準備するためのプロセスも提供される。本プロセスは、アノードおよびカソードを、カルボラニルマグネシウム塩と、第1エーテル溶媒と、第2エーテル溶媒とを有する混合溶媒カルボラニル電解液と接触させるステップを含む。アノード、カソード、および混合溶媒カルボラニル電解液は、すべて、上記で説明されたように、開示された電気化学装置に関する。本プロセスは、アノードおよびカソードを、少なくとも1つの外部コンダクタを介して互いと電気通信させる追加のステップを含み得る。少なくとも1つの外部コンダクタも、存在する場合、上記で示されたように、電気化学装置に関する。
本開示の様々な観点は、以下の実施例に関してさらに示される。このような実施例は、本開示の特定の実施形態を示すために提供され、任意の特定の観点にまたは任意の特定の観点に対して、本開示の範囲を限定するものとして考慮されるべきではないことが理解されるべきである。
実施例1:電気化学装置の準備およびその試験
電気的検査は、25℃、0.1ppm未満のO2およびH2O含有量で、MBraunグローブボックスの内部に配置された三電極BASi 4 ドラムシェルバイアルで実施される。全ての検査において用いられる電極は、以下の通りである。作用電極−0.02cmのプラチナディスク(BASi)、対電極−マグネシウムリボン、参照電極−マグネシウムワイヤ。作用電極は、各実験の前に、磨かれ、超音波処理され、80℃で乾燥真空オーブン内に保たれる。全てのマグネシウム電極の表面は、使用の前にグローブボックスの内側のガラススライドで全体的にこすられて、可能な限りあらゆる酸化物を除去する。
電気的検査は、生物学的定電位電解装置を用いて実施され、データはEC−lab Software(商標登録)で得られ、分析される。
特定の実施形態が説明される一方で、現在予期しないまたは現在予期されない、または予期し得ない代替、修正、変形、改良および実質的同一物が出願人または他の当業者に生じ得る。したがって、提出された、および補正され得る添付された請求項は、全てのこのような代替、修正、変形、改良および実質的同一物を包括することを意図される。

Claims (16)

  1. 電気化学装置であって、
    マグネシウムを含むアノードと、
    カソードと、
    前記アノードおよび前記カソードと接触する電解液とを備え、
    前記電解液は、
    カルボラニルマグネシウム塩と、
    前記カルボラニルマグネシウム塩が溶解される、1cP未満の粘度を有する、混合エーテル溶媒とを含み、
    3mS/cmよりも大きなイオン伝導度を有し、
    前記混合エーテル溶媒は、
    第1エーテル溶媒と、
    前記第1エーテル溶媒とは異なる第2エーテル溶媒とを含み、
    前記カルボラニルマグネシウム塩は、少なくとも0.25重量モル濃度の濃度で存在する、電気化学装置。
  2. 前記カルボラニルマグネシウム塩は、少なくとも0.8重量モル濃度の濃度で存在する、請求項1に記載の電気化学装置。
  3. 前記カルボラニルマグネシウム塩は、以下からなる群から選択される式、
    Figure 0006909707
    または、前述のうち少なくとも2つの組み合わせを有し、ここで、iは5〜11の範囲内の整数であり、jは0〜iの範囲内の整数であり、kは0〜iの間の整数であり、互いのXから独立したそれぞれのXは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であり、互いのRから独立したそれぞれのRは、アルキル、アリール、アルコキシ、アリールオキシ、それらの部分的または完全なフッ化物類縁体、または前述の官能基を組み合わせる部分である、請求項1に記載の電気化学装置。
  4. 前記カルボラニルマグネシウム塩のアニオンは、正二十面体のクロソカルボラニルアニオンである、請求項1に記載の電気化学装置。
  5. 前記電解液は、少なくとも3.0Vの電位で安定である、請求項1に記載の電気化学装置。
  6. 前記カソードは有機カソード材料を含む、請求項1に記載の電気化学装置。
  7. 電気化学装置を準備するための方法であって、
    アノードおよびカソードを電解液と接触させることを含み、
    前記電解液は、
    少なくとも0.25重量モル濃度の濃度で存在し、Mg2+であるカチオン及びカルボラニルアニオンと、を含む、カルボラニルマグネシウム塩と、
    前記カルボラニルマグネシウム塩が溶解された、1cP未満の粘度を有する、混合エーテル溶媒とを含み、
    前記混合エーテル溶液は、
    第1エーテル溶媒と、
    前記第1エーテル溶媒とは異なる第2エーテル溶媒とを含む、方法。
  8. 前記カルボラニルマグネシウム塩は、以下からなる群から選択される式、
    Figure 0006909707
    または、前述のうち少なくとも2つの組み合わせを有し、ここで、iは5〜11の範囲内の整数であり、jは0〜iの範囲内の整数であり、kは0〜iの間の整数であり、互いのXから独立したそれぞれのXは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であり、互いのRから独立したそれぞれのRは、アルキル、アリール、アルコキシ、アリールオキシ、それらの部分的または完全なフッ化物類縁体、または前述の官能基を組み合わせる部分である、請求項7に記載の方法。
  9. 前記カルボラニルマグネシウム塩は、正二十面体のクロソカルボラニルアニオンを含む、請求項7に記載の方法。
  10. 前記電解液は、少なくとも3.0Vの電位で安定である、請求項7に記載の方法。
  11. 前記第1エーテル溶媒は、テトラヒドロフラン(THF)及び1,2−ジメトキシエタン(DME)からなる群より選択される、請求項1に記載の電気化学装置。
  12. 前記第2エーテル溶媒は、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ビス(2−メトキシエチル)エーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグリム)からなる群より選択される、請求項1に記載の電気化学装置。
  13. 前記第2エーテル溶媒は、ビス(2−メトキシエチル)エーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグリム)からなる群より選択される、請求項1に記載の電気化学装置。
  14. 前記カルボラニルマグネシウム塩はMg(CB11122であり、前記第1エーテル溶媒はテトラヒドロフラン(THF)であり、前記第2エーテル溶媒はビス(2−メトキシエチル)エーテル(ジグリム)である、請求項1に記載の電気化学装置。
  15. 前記カルボラニルマグネシウム塩はMg(CB11122であり、前記第1エーテル溶媒は1,2−ジメトキシエタン(DME)であり、前記第2エーテル溶媒はビス(2−メトキシエチル)エーテル(ジグリム)である、請求項1に記載の電気化学装置。
  16. 前記カルボラニルマグネシウム塩は、以下からなる群から選択される式、
    Figure 0006909707
    または、前述のうち少なくとも2つの組み合わせを有し、ここで、iは11であり、jは1であり、kは0であり、Xは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素であり、互いのRから独立したそれぞれのRは、アルキル、アリール、アルコキシ、アリールオキシ、それらの部分的または完全なフッ化物類縁体、または前述の官能基を組み合わせた部分である、請求項1に記載の電気化学装置。
JP2017211785A 2016-11-28 2017-11-01 混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液 Active JP6909707B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662427070P 2016-11-28 2016-11-28
US62/427,070 2016-11-28
US15/477,997 2017-04-03
US15/477,997 US10910672B2 (en) 2016-11-28 2017-04-03 High concentration electrolyte for magnesium battery having carboranyl magnesium salt in mixed ether solvent

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018088399A JP2018088399A (ja) 2018-06-07
JP2018088399A5 JP2018088399A5 (ja) 2020-12-10
JP6909707B2 true JP6909707B2 (ja) 2021-07-28

Family

ID=62117378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017211785A Active JP6909707B2 (ja) 2016-11-28 2017-11-01 混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10910672B2 (ja)
JP (1) JP6909707B2 (ja)
CN (1) CN108123170B (ja)
DE (1) DE102017125383B4 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10840550B2 (en) * 2018-09-13 2020-11-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Gel electrolyte for use in a magnesium battery
JP7710197B2 (ja) * 2019-11-22 2025-07-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 マグネシウム二次電池及びマグネシウム二次電池用非水電解液

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3305569A (en) 1961-07-26 1967-02-21 Minnesota Mining & Mfg Aluminum borohydride complexes
US3458580A (en) 1963-06-27 1969-07-29 Thiokol Chemical Corp Carboranyl- and carboranylalkylene magnesium halides and the preparation thereof
US4397925A (en) 1981-10-15 1983-08-09 Ray-O-Vac Corporation Alkaline battery with reducing agents in the electrolyte
US4448856A (en) 1983-03-14 1984-05-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Battery and fuel cell electrodes containing stainless steel charging additive
US4808282A (en) 1987-01-05 1989-02-28 The Dow Chemical Company Alkaline earth metal compounds and alkali metal substances via electrochemical process
US5714279A (en) 1989-10-24 1998-02-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Non-aqueous lithium cells
US5273840A (en) * 1990-08-01 1993-12-28 Covalent Associates Incorporated Methide salts, formulations, electrolytes and batteries formed therefrom
US5145752A (en) 1990-12-31 1992-09-08 Luz Electric Fuel Israel Limited Electrodes for metal/air batteries and bipolar metal/air batteries incorporating the same
US5731470A (en) 1995-04-05 1998-03-24 Board Of Regents Of The University Of Colorado Weakly nucleophilic anions
US6013393A (en) 1995-05-09 2000-01-11 Ricoh Company, Ltd. Ionic conductive polymer gel and lithium-ion battery using the same
US6383688B1 (en) 1997-12-26 2002-05-07 Tonen Corporation Electrolyte for lithium cells and method of producing the same
US6316141B1 (en) 1999-10-18 2001-11-13 Bar Ilan University High-energy, rechargeable, electrochemical cells with non-aqueous electrolytes
WO2001093363A2 (en) 2000-05-26 2001-12-06 Covalent Associates, Inc. Non-flammable electrolytes
TWI263235B (en) 2002-04-02 2006-10-01 Nippon Catalytic Chem Ind Material for electrolytic solutions and use thereof
WO2004001882A1 (ja) 2002-06-19 2003-12-31 Bridgestone Corporation 電池用支持塩及びその製造方法,並びに電池
US7513978B2 (en) 2003-06-18 2009-04-07 Phillip J. Petillo Method and apparatus for generating hydrogen
US7419623B2 (en) 2004-08-03 2008-09-02 Air Products And Chemicals, Inc. Proton conducting mediums for electrochemical devices and electrochemical devices comprising the same
JPWO2006115023A1 (ja) 2005-04-19 2008-12-18 松下電器産業株式会社 非水電解液、およびそれを用いた電気化学エネルギー蓄積デバイス並びに非水電解液二次電池
US20070048605A1 (en) 2005-08-23 2007-03-01 Pez Guido P Stable electrolyte counteranions for electrochemical devices
JP2007269510A (ja) 2006-03-30 2007-10-18 Nof Corp 水素発生固体組成物および水素発生方法
US20100021799A1 (en) 2006-06-15 2010-01-28 Reuben Rieke Printable batteries and methods related thereto
JP5192710B2 (ja) * 2006-06-30 2013-05-08 三井金属鉱業株式会社 非水電解液二次電池用負極
WO2009139382A1 (ja) 2008-05-13 2009-11-19 国立大学法人東北大学 固体電解質、その製造方法、および固体電解質を備える二次電池
JP5306749B2 (ja) 2008-09-11 2013-10-02 国立大学法人静岡大学 電気化学デバイス
US20100141211A1 (en) 2008-11-04 2010-06-10 Rachid Yazami Hybrid electrochemical generator with a soluble anode
US7927507B1 (en) 2009-03-13 2011-04-19 Hrl Laboratories, Llc Hydrogen storage compositions
EP2466668B1 (en) 2009-08-14 2014-10-22 LG Chem, Ltd. Cylindrical rechargeable battery with improved stability
US20110076572A1 (en) 2009-09-25 2011-03-31 Khalil Amine Non-aqueous electrolytes for electrochemical cells
JP5517001B2 (ja) 2009-11-12 2014-06-11 独立行政法人産業技術総合研究所 非水系二次電池用正極活物質
JP2011122202A (ja) 2009-12-10 2011-06-23 Central Glass Co Ltd 水素発生用合金とその製造方法
WO2011117992A1 (ja) 2010-03-25 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 電池用活物質および電池
GB201006488D0 (en) 2010-04-19 2010-06-02 Univ Belfast Battery
US8318354B2 (en) 2010-04-27 2012-11-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Electrochemical device with a magnesium anode and a stable, safe electrolyte compatible with sulfur
JP5206758B2 (ja) 2010-07-15 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 負極材料、金属二次電池、および負極材料の製造方法
US8541133B2 (en) 2010-10-27 2013-09-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Electrochemical device with a magnesium anode and a stable, safe electrolyte compatible with sulfur
US8703329B2 (en) 2011-03-25 2014-04-22 Enerdel, Inc. Redox shuttle for high voltage lithium battery
US8722242B2 (en) 2011-08-04 2014-05-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Electrolyte for magnesium battery
JP2013073839A (ja) 2011-09-28 2013-04-22 Toyota Motor Corp 負極材料および電池
WO2013056185A1 (en) 2011-10-12 2013-04-18 The Regents Of The University Of California Nanomaterials fabricated using spark erosion and other particle fabrication processes
JP2013131366A (ja) 2011-12-21 2013-07-04 Toyota Motor Corp 金属イオン電池用の負極活物質
CN102584878B (zh) 2012-01-17 2015-08-19 中国科学院过程工程研究所 一种含二价硼簇阴离子的离子液体及其制备方法
WO2013180807A2 (en) * 2012-03-20 2013-12-05 Pellion Technologies, Inc. Non-aqueous electrolyte for high voltage rechargeable magnesium batteries
JP5900144B2 (ja) 2012-05-15 2016-04-06 株式会社豊田中央研究所 無機マグネシウム固体電解質、マグネシウム電池及び無機マグネシウム固体電解質の製造方法
US9318775B2 (en) 2012-08-02 2016-04-19 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Magnesium borohydride and its derivatives as magnesium ion transfer media
US20140038037A1 (en) 2012-08-02 2014-02-06 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Magnesium borohydride and its derivatives as magnesium ion transfer media
US9312566B2 (en) 2012-08-02 2016-04-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Magnesium borohydride and its derivatives as magnesium ion transfer media
WO2014031373A1 (en) 2012-08-23 2014-02-27 Eveready Battery Company, Inc. Mixed metal borohydrides
US9362593B2 (en) 2012-12-19 2016-06-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Borohydride solvo-ionic liquid family for magnesium battery
US9112243B2 (en) 2013-04-08 2015-08-18 Battelle Memorial Institute Energy storage devices having anodes containing Mg and electrolytes utilized therein
US9240613B2 (en) * 2013-05-25 2016-01-19 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Carboranyl magnesium electrolyte for magnesium battery
US9252458B2 (en) 2013-05-25 2016-02-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Carboranyl magnesium electrolyte for magnesium battery
JP2015041572A (ja) 2013-08-23 2015-03-02 株式会社豊田中央研究所 無機マグネシウム固体電解質、マグネシウム電池、電気化学デバイス及び無機マグネシウム固体電解質の製造方法
US9437899B2 (en) 2014-02-10 2016-09-06 Battelle Memorial Institute Solid-state rechargeable magnesium battery
US10147970B2 (en) 2014-04-28 2018-12-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Chloride-free electrolyte for a magnesium battery and a method to convert a magnesium electrolyte to a chloride-free electrolyte
JP6287649B2 (ja) 2014-07-08 2018-03-07 株式会社村田製作所 電解液及び電気化学デバイス
US20160181662A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Functionalized carboranyl magnesium electrolyte for magnesium battery
CN104610334A (zh) * 2015-02-03 2015-05-13 西安近代化学研究所 一种烯基碳硼烷衍生物的合成方法
US9455473B1 (en) 2015-05-12 2016-09-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Ionic liquids for rechargeable magnesium battery
WO2017024023A1 (en) * 2015-08-04 2017-02-09 The Regents Of The University Of California Novel high voltage 10 and 12-vertex carborane and borane electrolytes, their use in rechargable batteries, and processes for their preparation

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018088399A (ja) 2018-06-07
CN108123170B (zh) 2022-12-27
DE102017125383B4 (de) 2022-12-15
US20180151917A1 (en) 2018-05-31
DE102017125383A1 (de) 2018-05-30
US10910672B2 (en) 2021-02-02
CN108123170A (zh) 2018-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9362594B2 (en) Borohydride solvo-ionic liquid family for magnesium battery
CN105742077B (zh) 电力存储装置、锂离子二次电池、双电层电容器和锂离子电容器
Gao et al. Prototype rechargeable magnesium batteries using ionic liquid electrolytes
KR102196785B1 (ko) 전기화학 소자용 조용매 전해질
JP5909024B2 (ja) マグネシウム電池用の電解液及びそれを含むマグネシウム電池
US10559851B2 (en) Magnesium battery electrolyte
JP6902249B2 (ja) イオン液体を含む電解液を有する電気化学セル
US9455473B1 (en) Ionic liquids for rechargeable magnesium battery
US9431678B2 (en) Functionalized carboranyl magnesium electrolyte for magnesium battery
JP2004259650A (ja) マグネシウム二次電池
KR20080105049A (ko) 용매 조성물 및 전기화학 장치
WO2008032795A1 (fr) Solution électrolytique pour dispositif électrochimique
JP6909707B2 (ja) 混合エーテル溶媒にカルボラニルマグネシウム塩を有するマグネシウム電池のための高濃度電解液
US9716289B1 (en) Solid-phase magnesium boranyl electrolytes for a magnesium battery
US9640836B1 (en) Class of solid state electrolytes for magnesium batteries
JP3687283B2 (ja) リチウムイオン2次電池用溶媒
JP2019064923A (ja) イオン性化合物、該イオン性化合物を含む非水電解液、及び該非水電解液を用いた蓄電デバイス
JP6813852B2 (ja) アルミニウム二次電池用正極およびアルミニウム二次電池
JP2018088399A5 (ja)
JP2006190618A (ja) イオン性液体組成物及びそれを含む電気化学デバイス
JPH06208934A (ja) 電解コンデンサ駆動用電解質
CN115732763A (zh) 醚类电解液及锂金属电池
JP4641646B2 (ja) 非水電解液用電解質
JP2017062987A (ja) フッ化物イオン電池用負極集電体の製造方法
JP2021095604A (ja) 水素結合性有機構造体、アニオン伝導体、水酸化物イオン伝導体および水電解装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201027

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201027

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20201027

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20201105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210510

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210608

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6909707

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350