[发明专利]电化学电池的优化

说明书

一种通过调整水含量以在所需水含量分布内而优化电化学电池的系统和方法，所述电化学电池包括采用配位化合物的电极，所述所需水含量分布包括足够的配位水并将非配位水减少到所需目标以下。可以改善包含一种或多种TMCCC材料的电池的性能的方法可以包括向电极提供最佳量的残留水分(RM)。存在太高的RM以及足够的非配位的(包括可移动的)水，使得电池性能可能降低。过低的RM，TMCCC电极性能降低。但是通过微调电极的RM，可以实现电极和电池性能特性的最佳平衡。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年12月9日在美国提交的申请16/708,213的优先权，其内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及在一个或多个电极中使用配位化合物的电化学电池，更具体但不排他地，涉及通过控制具有包括一种或多种过渡金属氰化物配位化合物的一个或多个电极的电化学电池的水含量来改进电化学电池操作。

背景技术

在背景技术部分中讨论的主题不应该被认为是现有技术，仅仅作为在背景技术部分中提及的结果。类似地，在背景部分中提到的或与背景部分的主题相关联的问题不应该被假定为先前在现有技术中已经认识到的。背景技术部分中的主题仅表示不同的方法，其本身也可以是发明。

电化学电池通常被认为使用属于两类之一的电极材料：(i)含有含水电解质的材料或(ii)无水电解质。前者的实例包括铅酸电池和镍/金属氢化物电池。后者的实例包括锂离子电池。可以完全确定，在含有无水电解质的电池中，任何痕量水杂质，即使在每百万份的低浓度下，也会降低电池在一个或多个性能度量方面的性能。因此，该解决方案是实施严格的干燥室过程，用于在电池和电池组件中制备部件材料。尽可能努力地干燥电极组分，以尽量除去尽可能多的痕量水。

例如，在具有水/水分控制的专用房间(干燥室)中独立地干燥每种泡孔材料。随后，将这些独立干燥的材料带到组装区域以产生单独的电池，然后将这些电池组装成堆组件(电池堆)。该过程增加了这些电池堆的生产的复杂性，风险和资源成本。

关于含有无水电解质的电池的水含量，例如，参见参考文献[1]-Imhof，参考文献[1]的图6示出，ppm级水杂质的增加量降低了锂离子电池中石墨电极的充电/放电过程的可逆性。这是参考文献[1]的第1087页上的结论：“使用含有不同量的水的EC/DMC基电解质的实验已经表明随着水含量增加，Li+嵌入过程变得不那么可逆”。

在电化学电池中用作电极的一些材料可以包括使用过渡金属氰化物配位化合物(TMCCC)。参考文献[2]将TMCCC材料视为属于(ii)无水类。参考文献[2]描述了干燥TMCCC电极材料以改善电池性能的方法。特别地，参考文献[2]教导了一种六氰铁酸锰(MnHCF)TMCCC电极材料，其被干燥至足够低的残留水分(RM)，以除去所有的间隙水。当这种情况发生时，MnHCF材料经历从立方相到菱方相的相变(列8)。当这种相变发生时，MnHCF电极的所有电化学容量在单个充电-放电平台中被捕获。具有单个反应平台是理想的，因为它允许电化学电池在较窄的电压范围内操作，降低了将电池集成到其他电子系统中的成本和复杂性。为了实现该结果，参考文献[2]进一步描述了真空压力低于0.1托的真空干燥方法的用途(第7栏和权利要求1)。

参考文献[2]的权利要求1要求保护一种TMCCC，其中可以存在一定范围的水(z在0至3.5的范围内)。然而，第8栏详细描述了必须从结构中去除所有的间隙水以获得具有单一反应平台的菱方相。此外，在参考文献[3]中，相同的发明人显示具有单一反应平台的菱方相是完全无水的。在整个参考文献[3]中，与具有两个反应平台的“水合”相相比，单个平台相被称为“无水的”。此外，在参考文献[3]的补充信息中，图S2显示“无水”相含有零水。换句话说，经历相变的MnHCF样品当脱水时不包含与晶格紧密结合的水，并且在干燥之前存在的所有水都是间隙的。因此，本领域普通技术人员将考虑参考文献[2]和参考文献[3]的教导以表示当所有水从结构中除去时，或者在与参考文献[2]的权利要求1相关的情形中(当z＝0时)，实现菱方的单平台相。