[发明专利]在混合醚溶剂中具有碳硼化镁盐的用于镁蓄电池的高浓度电解质

说明书

本发明涉及在混合醚溶剂中具有碳硼化镁盐的用于镁电池的高浓度电解质。提供了用于形成它们的电化学装置和方法，包括具有镁阳极、阴极以及接触于阳极和阴极的电解质。电解质包括碳硼化镁盐和在其中溶解该碳硼化镁盐的混合醚溶剂。混合醚溶剂包括第一醚溶剂和与第一醚溶剂不同的第二醚溶剂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月28日提交的美国临时申请No.62/427,070的权益。

技术领域

本公开内容总体涉及具有电解质与混合醚溶剂的电化学电池，更具体地，涉及具有溶解在这样的溶剂中的碳硼化镁(carboranyl magnesium)盐的电解质的镁蓄电池。

背景

当纳入镁电池中时，碳硼化镁盐与镁阳极相容，并且具有高电化学稳定性。因此，这些盐形成非常有希望的镁电解质的基础。然而，在某些情况下，碳硼化镁盐的溶解度低于在电化学相容的溶剂中所期望的溶解度。可以将碳硼化镁盐的碳硼化物阴离子合理地官能化以改善溶解度，但这在经济上是不利的。在一些情况下，可以通过使用大分子量、多齿的醚类溶剂来改善溶解度。然而，这样的溶剂通常具有高粘度，降低了镁离子导电率，并因此劣化了电解质性能。

因此，需要一种改进的电解质，其使用碳硼化镁盐，并以尽可能低的成本实现对于提供高离子导电率所必要的溶解度。

发明内容

在各种非限制性实施方案中公开了具有混合醚溶剂电解质的电化学装置和形成这些电化学装置的方法。

在一个实施方案中，本文提供了一种电化学装置，其包括具有镁的阳极，阴极以及接触于阳极和阴极的电解质。电解质包括碳硼化镁盐和在其中溶解该碳硼化镁盐的混合醚溶剂。混合醚溶剂包括第一醚溶剂和与第一醚溶剂不同的第二醚溶剂。

在另一个实施方案中，本文提供了制备电化学装置的方法。该方法包括通过外部导电结构连接具有镁的阳极和阴极的步骤，以及使阳极和阴极与电解质接触的步骤。电解质包括碳硼化镁盐和在其中溶解该碳硼化镁盐的混合醚溶剂。混合醚溶剂包括第一醚溶剂和与第一醚溶剂不同的第二醚溶剂。

当结合附图和实施例阅读时，具有碳硼化镁电解质的电化学装置的这些和其它特征及其制备方法将从以下详细描述变得清楚，这些附图和实施例是示例性的而不是限制性的。所述的碳硼化镁电解质可以单独使用或与其它电解质材料组合使用。

附图说明

为了更好地理解具有碳硼化镁电解质的方法和装置，关于本文讨论的具体变体和实例，将参考附图，其中：

图1是在四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)中接触于0.35摩尔Mg(CB₁₁H₁₂)₂铂(Pt)工作电极的循环伏安图，该伏安图以5mV/s的扫描速率进行；

图2是本公开的混合醚溶剂中接触于0.50摩尔Mg(CB₁₁H₁₂)₂的Pt工作电极的循环伏安图，该混合醚溶剂具有1:1重量比的1,2-二甲氧基乙烷：二甘醇二甲醚，该伏安图以35mV/s的扫描速率进行；和

图3是本公开的混合醚溶剂中接触于0.54摩尔Mg(CB₁₁H₁₂)₂的Pt工作电极的循环伏安图，该混合醚溶剂具有1:1重量比的四氢呋喃：二甘醇二甲醚，该伏安图以35mV/s的扫描速率进行。

具体实施方式

本公开提供了具有包括碳硼化镁盐的电解质的电化学装置。碳硼化镁盐能够在镁阳极处介导可逆的镁沉积，同时在阴极集流体处以先前对含非碳硼化镁电解质所显示的方式为相对非腐蚀和氧化稳定。本技术的电解质可以在具有一个或多个组成成分(moieties)的碳硼化物阴离子上官能化。