本公開(kāi)涉及電解液和電化學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

鎂電池使用鎂(其是一種比鋰更充足和更便宜的資源)，與鋰相比，通過(guò)氧化還原反應(yīng)每單位體積的鎂能夠產(chǎn)生大量的電力，并且當(dāng)用于電池中時(shí)其具有高的安全性。因此，作為下一代二次電池，鎂電池正吸引關(guān)注以代替鋰離子電池。

用于鎂電池的常規(guī)電解液通常包含醚溶劑，并且特別地，含四氫呋喃(THF)的電解液被認(rèn)為具有最佳性能。然而，醚溶劑如THF是難處理的，由于它們高度易揮發(fā)且它們中的很多是有毒的。此外，含醚溶劑的電解液的電位窗口(在電解液不分解的情況下可以被施加的最大電壓)低至最多約3.0伏特，這使得使用鎂金屬負(fù)極難以制造高電壓的鎂電池。

如由日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)第2014-072031號(hào)公開(kāi)的，用于解決這種問(wèn)題的電解液是周知的。該專(zhuān)利公開(kāi)揭露了包含以下的電解液：包含砜的溶劑；以及溶解于該溶劑中的鎂鹽。該鎂鹽是選自由以下所組成的組中的至少一種鎂鹽：氯化鎂(MgCl₂)、溴化鎂(MgBr₂)、碘化鎂(MgI₂)、高氯酸鎂(Mg(ClO₄)₂)、四氟硼酸鎂(Mg(BF₄)₂)、六氟磷酸鎂(Mg(PF₆)₂)、六氟砷酸鎂(Mg(AsF₆)₂)、全氟烷基磺酸鎂(Mg(R_f1SO₃)₂)(其中R_f1是全氟化烷基團(tuán))以及全氟烷基磺酰亞胺鎂(Mg((R_f2SO₂)₂N)₂)(其中R_f2是全氟化烷基團(tuán))。在這些鎂鹽之中，規(guī)定的MgX₂(X＝Cl、Br或I)是特別優(yōu)選的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：特開(kāi)第2014-072031號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明將解決的問(wèn)題

令人遺憾地，在專(zhuān)利公開(kāi)中列出的鎂鹽包含鹵素原子。這可能需要鎂電池的各種組件由高度耐腐蝕的材料制成。

因此，本公開(kāi)的一個(gè)目的是提供一種電解液，其可與鎂電極一起使用、能夠進(jìn)行鎂的可逆的電化學(xué)沉積/溶解反應(yīng)、不包含鹵素原子、且使用無(wú)醚溶劑生產(chǎn)，以及提供使用這種電解液的電化學(xué)裝置。

解決問(wèn)題的方案

為了實(shí)現(xiàn)該目的，本公開(kāi)提供了一種電解液包含：砜；以及溶解于砜中的鎂鹽，其中，鎂鹽包括硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，本公開(kāi)提供了一種包含電解液的電化學(xué)裝置，其中，該電解液包含砜和溶解于砜中的鎂鹽，并且鎂鹽包括硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)。

可以通過(guò)將硼氫化鎂溶解于砜中生產(chǎn)本公開(kāi)的電解液。

發(fā)明的效果

本公開(kāi)使得可以獲得使用砜(無(wú)醚溶劑)制造的電解液，其可與鎂電極一起使用的且允許鎂的可逆的電化學(xué)沉積/溶解反應(yīng)。此外，所使用的鎂鹽包括硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)，其不包含鹵素原子。這消除了對(duì)電化學(xué)裝置的各種組件由高度耐腐蝕的材料制成的需要。因此，在電解質(zhì)層中這種優(yōu)異的電解液的使用使得可以獲得高性能的電化學(xué)裝置，如高性能的鎂電池。應(yīng)理解的是，在本文中所描述的效果僅僅是說(shuō)明性的而非旨在限制或排除另外的效果。

附圖說(shuō)明

[圖1]圖1A和圖1B是示出了實(shí)施例1的電解液的CV測(cè)量結(jié)果的曲線圖。

[圖2]圖2是示出了實(shí)施例1和比較例1的電解液的CV測(cè)量結(jié)果之間的比較的曲線圖。

[圖3]圖3是實(shí)施例2的電化學(xué)裝置(電池)的示意圖。

[圖4]圖4是實(shí)施例2的電化學(xué)裝置(電池)的示意性分解圖。

[圖5]圖5是實(shí)施例3的電化學(xué)裝置(電容器)的示意性截面圖。

[圖6]圖6是實(shí)施例3的電化學(xué)裝置(空氣電池)的示意圖。

[圖7]圖7是實(shí)施例3的電化學(xué)裝置(燃料電池)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將基于參照附圖的實(shí)施例描述本公開(kāi)。應(yīng)理解的是，這些實(shí)施例不旨在限制本公開(kāi)，并且在實(shí)施例中的各種值和材料僅當(dāng)作實(shí)例。應(yīng)注意將按以下順序提供描述。

1.本公開(kāi)的電解液和電化學(xué)裝置的整體特征的描述

2.實(shí)施例1(本公開(kāi)的電解液)

3.實(shí)施例2(本公開(kāi)的電化學(xué)裝置)

4.實(shí)施例3(本公開(kāi)的電化學(xué)裝置的變形例)

5.其他

<本公開(kāi)的電解液和電化學(xué)裝置的整體特征的描述>

還將本公開(kāi)的電解液以及在本公開(kāi)的電化學(xué)裝置中的電解液共同地稱(chēng)為“本公開(kāi)的電解液等”。

在本公開(kāi)的電解液等中，砜可以是由R₁R₂SO₂表示的烷基砜(其中，R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))或烷基砜衍生物。R₁和R₂基團(tuán)的類(lèi)型(在R₁和R₂基團(tuán)中的碳原子的數(shù)量以及R₁和R₂基團(tuán)的組合)不是受限的并且可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。在R₁和R₂基團(tuán)的每中的碳原子的數(shù)量?jī)?yōu)選地但不限于是4或以下。此外，在R₁和R₂基團(tuán)中的碳原子的數(shù)量的總和優(yōu)選地但不限于是4至7。例如，R₁和R₂可以各自是甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基或叔丁基。

在這方面，特別地，烷基砜可以是選自由以下所組成的組中的至少一種烷基砜：二甲基砜(DMS)、甲基乙基砜(MES)、甲基正丙基砜(MnPS)、甲基異丙基砜(MiPS)、甲基正丁基砜(MnBS)、甲基異丁基砜(MiBS)、甲基仲丁基砜(MsBS)、甲基叔丁基砜(MtBS)、乙基甲基砜(EMS)、二乙基砜(DES)、乙基正丙基砜(EnPS)、乙基異丙基砜(EiPS)、乙基正丁基砜(EnBS)、乙基異丁基砜(EiBS)、乙基仲丁基砜(EsBS)、乙基叔丁基砜(EtBS)、二正丙基砜(DnPS)、二異丙基砜(DiPS)、正丙基正丁基砜(nPnBS)、正丁基乙基砜(nBES)、異丁基乙基砜(iBES)、仲丁基乙基砜(sBES)和二正丁基砜(DnBS)。此外，烷基砜衍生物可以是乙基苯基砜(EPhS)。

包括以上各種優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置可以是以具有包含電解液的電解質(zhì)層的電池(特別地，一次或二次電池)的形式。

當(dāng)本公開(kāi)的電化學(xué)裝置是具有包含本公開(kāi)的電解液的電解質(zhì)層的電池(一次或二次電池)時(shí)，該電池可以具有包含鎂、鎂合金或鎂化合物的負(fù)極。更特別地，二次電池可以是鎂電池、空氣電池或燃料電池?？商娲?，本公開(kāi)的電化學(xué)裝置可以是電容器、傳感器或鎂離子過(guò)濾器。

此外，當(dāng)本發(fā)明的電化學(xué)裝置是具有包含本發(fā)明的電解液的電解質(zhì)層的電池時(shí)，該電池可以具有包括作為正極活性物質(zhì)的非限制性實(shí)例的硫(S)、氟化石墨((CF)_n)或各種金屬[如鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)和鋅(Zn)]中的任一種的氧化物或鹵化物的正極。此外，如以上提及的，用于形成負(fù)極的材料可以是，例如，鎂金屬單質(zhì)、鎂合金或鎂化合物。作為非限制性的實(shí)例，板狀材料或箔狀材料可用于形成負(fù)極?？商娲兀部梢允褂梅勰﹣?lái)形成(成形)負(fù)極。

當(dāng)本公開(kāi)的電化學(xué)裝置是具有包含本發(fā)明的電解液的電解質(zhì)層的電池(一次或二次電池)時(shí)，該電池可以用作，例如，用于筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、智能電話、無(wú)繩電話的基座和擴(kuò)展單元、攝像機(jī)、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)、電子書(shū)、電子詞典、便攜式音樂(lè)播放器、收音機(jī)、頭戴耳機(jī)、游戲機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、存儲(chǔ)卡、心臟起搏器、助聽(tīng)器、電動(dòng)工具、電動(dòng)剃須刀、冰箱、空調(diào)、電視接收器、立體聲系統(tǒng)、熱水器、微波爐、洗碗機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)、照明裝置、玩具、醫(yī)療器械、機(jī)器人、道路調(diào)節(jié)器、交通信號(hào)燈、鐵路車(chē)輛、高爾夫球車(chē)、電動(dòng)推車(chē)和電動(dòng)車(chē)(包括混合動(dòng)力車(chē))的驅(qū)動(dòng)電源或輔助電源。還可以將電池安裝在用于建筑物如住宅或發(fā)電設(shè)施(power generation facility)的電力儲(chǔ)藏用電源(power storage sources)中或者可以用于向它們供給電力。在電動(dòng)車(chē)中，通常將發(fā)動(dòng)機(jī)用作用于接收電力并且將電力轉(zhuǎn)換成機(jī)械驅(qū)動(dòng)力(mechanical drive power)的轉(zhuǎn)換器。用于處理有關(guān)車(chē)輛控制的信息的控制裝置包括基于有關(guān)剩余電池電量的信息用于顯示剩余電池電量的控制裝置。電池也可以用作被稱(chēng)為智能電網(wǎng)(smart grid)的蓄電裝置(electrical storage device)。這樣的蓄電裝置不僅可以供給電力而且可以通過(guò)接收來(lái)自其他電源(power source)的電力能存儲(chǔ)電力。其他可以被使用的電源的實(shí)例包括，例如，熱力發(fā)電機(jī)、核能電發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、地?zé)岚l(fā)電機(jī)和燃料電池(包括生物燃料電池)。

可以提供電池組，該電池組包括二次電池、配置為進(jìn)行控制二次電池的控制單元以及配置為包含二次電池的殼體。可以將包括以上各種優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置用作在電池組中的二次電池。在電池組中，例如，將控制單元配置為控制二次電池的充電和放電、過(guò)放電或過(guò)充電。

可以提供電子裝置，將其配置為接收來(lái)自二次電池的電力?？梢詫ㄒ陨细鞣N優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置用作在電子裝置中的二次電池。

可以提供電動(dòng)車(chē)輛，包括：配置為接收來(lái)自二次電池的電力并且將該電力轉(zhuǎn)換為用于車(chē)輛的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換器；以及配置為基于有關(guān)二次電池的信息處理有關(guān)車(chē)輛控制的信息的控制裝置?？梢詫ㄒ陨细鞣N優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置用作在電動(dòng)車(chē)輛中的二次電池。在電動(dòng)車(chē)輛中，通常將轉(zhuǎn)換器配置為接收來(lái)自二次電池的電力以及驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)?？稍偕茉匆部梢杂糜隍?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。例如，將控制裝置配置為，基于二次電池的剩余電力，處理有關(guān)車(chē)輛控制的信息。電動(dòng)車(chē)輛的實(shí)例包括電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、鐵路車(chē)輛以及所謂的混合動(dòng)力車(chē)。

可以提供電力系統(tǒng)，將其配置為接收來(lái)自二次電池的電力和/或?qū)㈦娏碾娫垂┙o至二次電池?？梢詫ㄒ陨细鞣N優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置用作在電力系統(tǒng)中的二次電池。該電力系統(tǒng)可以使用于電力使用的任何類(lèi)型，其還包括簡(jiǎn)單的電力裝置。電力系統(tǒng)的實(shí)例包括智能電網(wǎng)、家用能源管理系統(tǒng)(HEMS)以及也可以存儲(chǔ)電力的車(chē)輛。

可以提供用于在電力存儲(chǔ)中使用的電源，其包括二次電池并且被配置為將其連接至電子裝置(供給電力至其)?？梢詫ㄒ陨细鞣N優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電化學(xué)裝置用作在電源中的二次電池?？梢詫⒁杂糜陔娏Υ鎯?chǔ)的電源用于任何應(yīng)用。基本上，該電源可以用于任何的電力系統(tǒng)或裝置，并且還可以用于，例如，智能電網(wǎng)。

可替代地，可以將包括以上描述的優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電解液用作鍍?cè)?plating bath)。特別地，可以將包括以上描述的優(yōu)選模式的本公開(kāi)的電解液用作鍍?cè)?，其中，例如，可以將板狀或棒狀的金屬鎂單質(zhì)用作負(fù)極(對(duì)電極)，并且例如，可以將鉑(Pt)或鉑合金、鎳(Ni)或鎳合金或不銹鋼用作將被鍍覆的材料，其形成正極(工作電極)。

實(shí)施例1

實(shí)施例1涉及本公開(kāi)的電解液。實(shí)施例1的電解液包含砜以及溶解于砜中的鎂鹽，其中，鎂鹽包括硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)?？梢酝ㄟ^(guò)將硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)溶解于砜中生產(chǎn)具有這種特征的實(shí)施例1的電解液。應(yīng)注意，在實(shí)施例1中，砜包括由R₁R₂SO₂(其中，R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))表示的烷基砜，特別地是乙基正丙基砜(EnPS)。

特別地，實(shí)施例1的電解液是用于在電化學(xué)裝置中使用的含鎂離子的非水電解液，并且包括含有砜的溶劑以及溶解于該溶劑中的鎂鹽。在電解液中，砜與鎂鹽的摩爾比是，例如但不限于，50至150、典型的60至120、優(yōu)選的65至75。

通過(guò)以下描述的方法生產(chǎn)實(shí)施例1的電解液。應(yīng)注意，在該方法中，在手套箱(具有-80℃至-90℃露點(diǎn)的Ar氣體氣氛)中進(jìn)行試劑的稱(chēng)重和混合。特別地，在攪拌器攪拌下，將49毫克的硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)添加至5毫升的作為溶劑的EnPS中。通過(guò)攪拌器攪拌90分鐘，將硼氫化鎂溶解于砜中。然后進(jìn)行過(guò)濾(孔徑0.45μm)以除去未溶解的硼氫化鎂。

在比較例1中，將1,2-二甲氧基乙烷(DME)用作代替砜的溶劑。特別地，在攪拌器攪拌下，將49毫克的硼氫化鎂添加至5毫升的1,2-二甲氧基乙烷中。通過(guò)攪拌器攪拌90分鐘，將硼氫化鎂溶解于DME中。然后進(jìn)行過(guò)濾(孔徑0.45μm)以除去未溶解的硼氫化鎂。

使實(shí)施例1和比較例1的電解液經(jīng)歷循環(huán)伏安法(CV)測(cè)量用于評(píng)估該電解液的電化學(xué)特性。使用三電極電解池(three-electrode cell)(具有1毫升的電解液的體積)進(jìn)行該測(cè)量，其中將鉑(Pt)電極(1.6mm的直徑)用作工作電極，同時(shí)將鎂(Mg)線(1.6mm的直徑)用作對(duì)電極和參考電極。在室溫下，在手套箱(具有-80℃至-90℃露點(diǎn)的Ar氣體氣氛)中進(jìn)行測(cè)量。

從開(kāi)路電壓(OCV)開(kāi)始第一次循環(huán)的測(cè)量。相對(duì)于參考電極的電勢(shì)，工作電極的電勢(shì)在還原側(cè)首先降低至約-1.5伏，然后在氧化側(cè)增加至約+2.0伏，且最終返回至OCV(即，電勢(shì)以以下的順序變化：OCV、約-1.5伏、約+2.0伏、OCV)。電勢(shì)掃描速度是5毫伏/秒。

圖1A和圖1B是示出了實(shí)施例1的電解液的CV測(cè)量的結(jié)果的曲線圖，并且圖2是示出了實(shí)施例1和比較例1的電解液的CV測(cè)量的結(jié)果之間的比較的曲線圖。水平軸代表了相對(duì)于參考電極的電勢(shì)的工作電極的電勢(shì)。此外，在圖2中，“A”表示實(shí)施例1的結(jié)果，并且“B”表示比較例1的結(jié)果。應(yīng)注意，圖1A是示出了實(shí)施例1的電解液的第一次循環(huán)的CV測(cè)量的結(jié)果的曲線圖，并且圖1B是同時(shí)地示出了實(shí)施例1的電解液的第一次至第五次循環(huán)的CV測(cè)量的結(jié)果的曲線圖。圖1A和圖1B示出了僅僅使用硼氫化鎂和EnPS作為組分成功地合成了能夠可逆地溶解和沉積鎂(Mg)的電解液。圖1B也示出了在鎂的沉積和溶解時(shí)的電勢(shì)開(kāi)始沒(méi)有變化，甚至隨著循環(huán)數(shù)量增加也沒(méi)有變化。此外，在圖2中，實(shí)施例1和比較例1的測(cè)量的結(jié)果示出了當(dāng)將EnPS用作溶劑時(shí)與當(dāng)使用DME時(shí)相比，所觀察到的電流值更大。

如以上描述的，實(shí)施例1證實(shí)了，砜(無(wú)醚溶劑)的使用使得可以獲得與鎂電極一起使用的且在室溫下能夠進(jìn)行鎂的可逆的電化學(xué)沉積/溶解的含鎂離子的非水電解液。此外，使用的鎂鹽是硼氫化鎂(Mg(BH₄)₂)，其不包含鹵素原子。這消除了對(duì)電化學(xué)裝置的各種組件由高度耐腐蝕的材料制成的需要。此外，由于使用砜作為溶劑生產(chǎn)這種電解液，因此這種電解液易于處理，與醚溶劑如THF相比，砜具有高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性(低蒸汽壓)和高安全性。這使得可以顯著地簡(jiǎn)化制造例如鎂電池的過(guò)程。與使用THF作為溶劑生產(chǎn)的常規(guī)電解液的那些相比，這種電解液還具有更寬的電位窗口。這拓寬了用于鎂電池的正極材料的選擇，并且因此使得可以改善可實(shí)現(xiàn)的二次電池的電壓，即可實(shí)現(xiàn)的二次電池的能量密度。此外，由于這種電解液的簡(jiǎn)單的組成，其本身可以顯著地降低成本。進(jìn)一步地，在電解質(zhì)層中這種優(yōu)異的電解液的使用使得可以獲得高性能的電化學(xué)裝置，如高性能的鎂電池。

例如，二甲基砜在25℃下具有102Pa的蒸汽壓。因此，二甲基砜也是工業(yè)上易于處理的。相反地，例如，四氫呋喃(THF)在25℃下具有21.6kPa的蒸汽壓。在制造設(shè)施運(yùn)行成本方面，低蒸汽壓的溶劑如砜的使用也是非常有利的。

實(shí)施例2

實(shí)施例2涉及本公開(kāi)的電化學(xué)裝置。特別地，實(shí)施例2的電化學(xué)裝置包括本公開(kāi)的電解液，特別是實(shí)施例1的電解液。實(shí)施例2的電化學(xué)裝置特別地是具有包含實(shí)施例1的電解液的電解質(zhì)層的電池(特別地是一次或二次電池，更特別地是具有包含鎂的負(fù)極的一次或二次電池)。圖3是示出了實(shí)施例2的電池的示意圖。組成實(shí)施例2的電化學(xué)裝置的電池具有包括以下的結(jié)構(gòu)：正極10、負(fù)極11以及包含實(shí)施例1的電解液的電解質(zhì)層12，其中，正極10和負(fù)極11彼此相對(duì)，在它們之間具有電解質(zhì)層12。

該電池可以用于形成鎂二次電池，其通過(guò)在充電期間經(jīng)由電解質(zhì)層12從正極10向負(fù)極11轉(zhuǎn)移鎂離子(Mg²⁺)，將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能來(lái)存儲(chǔ)電力。在放電期間，鎂二次電池通過(guò)使鎂離子經(jīng)由電解質(zhì)層12從負(fù)極11返回至正極10而產(chǎn)生電能。

特別地，制造具有鎂(Mg)負(fù)極和硫(S)正極的紐扣電池(coin battery)。圖4是示出了紐扣電池的分解狀態(tài)的示意圖。將密封墊22放置在紐扣電池殼體21上，在其上以此堆疊含有硫的正極23、玻璃纖維間隔件(separator)24、由0.25μm厚的Mg板制成的負(fù)極25、由0.5μm厚的不銹鋼板制成的間隔物(spacer)26以及紐扣電池蓋27，然后通過(guò)將紐扣電池殼體21卷邊內(nèi)部密封。事先將間隔物26點(diǎn)焊至紐扣電池蓋27。間隔件24包含實(shí)施例1的電解液。

實(shí)施例3

實(shí)施例3是實(shí)施例2的變形例。如圖5的示意性截面視圖所示，實(shí)施例3的電化學(xué)裝置包括電容器，該電容器包括正極31、負(fù)極32和含浸有實(shí)施例1的電解液的間隔件33，其中正極31和負(fù)極32彼此相對(duì)，它們之間具有間隔件33。應(yīng)注意，也可以將含浸有實(shí)施例1的電解液的凝膠電解質(zhì)膜設(shè)置在間隔件33、正極31和負(fù)極32中的至少一個(gè)的表面上。參考標(biāo)號(hào)35和36各自表示集電體，參考標(biāo)號(hào)37表示密封墊。

可替代地，實(shí)施例3的電化學(xué)裝置包括如圖6的示意圖中所示的空氣電池?？諝怆姵匕?，例如，對(duì)水蒸氣低可滲透性且選擇性可滲透氧的選擇性氧可滲透膜47；包含導(dǎo)電性多孔材料的空氣電極側(cè)集電體44；設(shè)置在空氣電極側(cè)集電體44和多孔正極41之間并且包含導(dǎo)電材料的多孔擴(kuò)散層46；包含導(dǎo)電材料和催化材料的多孔正極41；由對(duì)水蒸氣低可滲透性的間隔件和電解液(或含有電解液的固體電解質(zhì))構(gòu)成的部件43；能夠釋放鎂離子的負(fù)極42；負(fù)極側(cè)集電體45；以及容納這些層的外殼48。

在空氣(氣氛)51中的氧氣52選擇性地滲透穿過(guò)選擇性氧可滲透膜47，允許其穿過(guò)包含多孔材料的空氣電極側(cè)集電體44、通過(guò)擴(kuò)散層46擴(kuò)散、并且供給至多孔正極41。穿過(guò)選擇性氧可滲透膜47的氧氣的移動(dòng)部分地被空氣電極側(cè)集電體44阻塞。然而，通過(guò)擴(kuò)散層46擴(kuò)散(diffuse)和散布(spread)使氧氣穿過(guò)空氣電極側(cè)集電體44，從而貫通整個(gè)多孔正極41有效地供給氧氣。從而，防止了空氣電極側(cè)集電體44干擾對(duì)多孔正極41的整個(gè)表面的氧供給。此外，選擇性氧可滲透膜47阻止水蒸氣的滲入。因此，空氣中的水的影響不可能地引起降解(degradation)，并且氧氣被有效地供給至整個(gè)多孔正極41，這使得可以增加電池功率并且使得電池能夠穩(wěn)定地使用較長(zhǎng)時(shí)期。

可替代地，實(shí)施例3的電化學(xué)裝置包括如在圖7的示意圖中示出的燃料電池。燃料電池包括，例如，正極61、正極用電解液62、正極用電解液輸送泵63、燃油管道64、正極用電解液儲(chǔ)藏容器65、負(fù)極71、負(fù)極用電解液72、負(fù)極用電解液輸送泵73、燃油管道74、負(fù)極用電解液儲(chǔ)藏容器75以及離子交換膜66。允許正極用電解液62連續(xù)地或間歇地流動(dòng)(循環(huán))至燃料通道64中，穿過(guò)正極用電解液儲(chǔ)藏容器65以及正極用電解液輸送泵63。允許負(fù)極用電解液72連續(xù)地或間歇地流動(dòng)(循環(huán))至燃料通道74中，穿過(guò)負(fù)極用電解液儲(chǔ)藏容器75以及負(fù)極用電解液輸送泵73。在正極61和負(fù)極71之間產(chǎn)生電力。通過(guò)添加正極活性材料至實(shí)施例1的電解液所獲得的材料可以用作正極用電解液62。通過(guò)添加負(fù)極活性材料至實(shí)施例1的電解液所獲得的材料可以用作負(fù)極用電解液72。

已經(jīng)基于優(yōu)選實(shí)施例描述了本公開(kāi)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例不旨在限制本公開(kāi)。盡管在實(shí)施例中示出了，但是電解液的組成、用于制造的原材料、制造方法、制造條件、電解液的性質(zhì)以及電化學(xué)裝置和電池的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)僅僅是非限制性的和說(shuō)明性的，并且可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行修改。本公開(kāi)的電解液和有機(jī)聚合物(如聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈或PVDF)的混合物也可以用作凝膠電解質(zhì)。

在實(shí)施例1中描述的電解液可以用作用于電鍍鎂的鍍?cè)?。?yīng)注意，用于電鍍鎂的鍍?cè)≈械逆V鹽不限于硼氫化鎂，并且還可以是，例如，選自由以下所組成的組中的至少一種：氯化鎂(MgCl₂)、溴化鎂(MgBr₂)、碘化鎂(MgI₂)、高氯酸鎂(Mg(ClO₄)₂)、四氟硼酸鎂(Mg(BF₄)₂)、六氟磷酸鎂(Mg(PF₆)₂)、六氟砷酸鎂(Mg(AsF₆)₂)、全氟烷基磺酸鎂(Mg(R_f1SO₃)₂)(其中R_f1是全氟烷基基團(tuán))、四苯硼酸鎂(Mg(B(C₆H₅)₄)₂)和全氟烷基磺酰亞胺鎂(Mg((R_f2SO₂)₂N)₂)(其中R_f2是全氟烷基基團(tuán))。此外，在這種情況下，在這些鎂鹽中特別優(yōu)選MgX₂(X＝Cl、Br或I)。進(jìn)一步地，可以通過(guò)將鎂鹽溶解于能夠溶解鎂鹽的低沸點(diǎn)溶劑中，然后將砜溶解于在鎂鹽的低沸點(diǎn)溶劑的溶液中，并且然后從砜溶液中除去低沸點(diǎn)溶劑來(lái)獲得這樣的鍍?cè)　?/p>

能夠溶解鎂鹽的低沸點(diǎn)溶劑基本上可以是能夠溶解鎂鹽并且具有比所選擇砜的沸點(diǎn)低的沸點(diǎn)的任何溶劑。優(yōu)選地，將醇用作低沸點(diǎn)溶劑。這樣的醇可以是一元醇或多元醇，并且可以是飽和或不飽和的醇。特別地，這樣的醇可以是但不限于，甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇(異丙醇)、1-丁醇、2-丁醇(仲丁醇)、2-甲基-1-丙醇(異丁醇)、2-甲基-2-丙醇(叔丁醇)或1-戊醇。

以上描述的鍍?cè)∫部梢院刑砑觿?。該添加劑可以包括具有金屬離子的鹽，該金屬離子包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種的原子或原子團(tuán)的陽(yáng)離子的：鋁(Al)、鈹(Be)、硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、錫(Sn)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)和鑭(La)?？商娲?，添加劑可以包括包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種的原子、有機(jī)基團(tuán)或陰離子的鹽：氫、烷基基團(tuán)、烯基基團(tuán)、芳基基團(tuán)、芐基基團(tuán)、酰胺基基團(tuán)、氟離子(F^-)、氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、碘離子(I^-)、高氯酸根離子(ClO₄^-)、四氟硼酸根離子(BF₄^-)、六氟磷酸根離子(PF₆^-)、六氟砷酸根離子(AsF₆^-)、全氟烷基磺酸根離子(R_f1SO₃^-)(其中R_f1是全氟烷基基團(tuán))和全氟烷基磺酰亞胺離子(R_f2SO₂)₂N^-(其中R_f2是全氟烷基基團(tuán))。這些添加劑的添加可以提高鍍?cè)〉碾x子電導(dǎo)性(離子導(dǎo)電率，ionic conductivity)。

此外，在另一方式中，以上描述的鍍?cè)】梢赃M(jìn)一步地包含非極性溶劑。即，非極性溶劑可以混合至鍍?cè)≈?。非極性溶劑可以起到一種稀釋劑的作用。在這種情況下，非極性溶劑的介電常數(shù)和供體數(shù)(donor number)各自?xún)?yōu)選地是20或更小。非極性溶劑可以是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種非極性溶劑：芳香族烴、醚、酮、酯和鏈狀碳酸酯。特別地，芳香族烴可以是，例如，甲苯、苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯或1-甲基萘；并且醚可以是，例如，二乙醚或四氫呋喃。酮可以是，例如，4-甲基-2-戊酮。酯可以是，例如，乙酸甲酯或乙酸乙酯。鏈狀碳酸酯可以是，例如，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯。

應(yīng)注意，本公開(kāi)還可以具有以下構(gòu)成(configuration)。

[A01]<<電解液>>

一種電解液，其包含：砜；和溶解于砜中的鎂鹽，

鎂鹽包括硼氫化鎂。

[A02]根據(jù)[A01]的電解液，其中砜是由R₁R₂SO₂(其中R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))表示的烷基砜；或烷基砜衍生物。

[A03]根據(jù)[A02]的電解液，其中

烷基砜是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種烷基砜：二甲基砜、甲基乙基砜、甲基正丙基砜、甲基異丙基砜、甲基正丁基砜、甲基異丁基砜、甲基仲丁基砜、甲基叔丁基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、乙基正丙基砜、乙基異丙基砜、乙基正丁基砜、乙基異丁基砜、乙基仲丁基砜、乙基叔丁基砜、二正丙基砜、二異丙基砜、正丙基正丁基砜、正丁基乙基砜、異丁基乙基砜、仲丁基乙基砜和二正丁基砜，以及

烷基砜衍生物是乙基苯基砜。

[B01]<<電化學(xué)裝置>>

一種電化學(xué)裝置，包括電解液，

電解液包含砜以及溶解于砜中的鎂鹽，

鎂鹽包括硼氫化鎂。

[B02]根據(jù)[B01]的電化學(xué)裝置，其中砜是由R₁R₂SO₂(其中R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))表示的烷基砜；或烷基砜衍生物。

[B03]根據(jù)[B02]的電化學(xué)裝置，其中烷基砜是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種的烷基砜：二甲基砜、甲基乙基砜、甲基正丙基砜、甲基異丙基砜、甲基正丁基砜、甲基異丁基砜、甲基仲丁基砜、甲基叔丁基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、乙基正丙基砜、乙基異丙基砜、乙基正丁基砜、乙基異丁基砜、乙基仲丁基砜、乙基叔丁基砜、二正丙基砜、二異丙基砜、正丙基正丁基砜、正丁基乙基砜、異丁基乙基砜、仲丁基乙基砜和二正丁基砜，以及

烷基砜衍生物是乙基苯基砜。

[B04]根據(jù)[B01]至[B03]中任一項(xiàng)的電化學(xué)裝置，其是具有包含電解液的電解質(zhì)層的電池。

[B05]根據(jù)[B04]的電化學(xué)裝置，其中電池是一次電池或二次電池。

[B06]根據(jù)[B05]的電化學(xué)裝置，其中電池具有包含鎂、鎂合金或鎂化合物的負(fù)極。

[B07]根據(jù)[B06]的電化學(xué)裝置，進(jìn)一步包括含有硫、氟化石墨、金屬氧化物或金屬鹵化物作為正極活性物質(zhì)的正極。

[B08]根據(jù)[B07]的電化學(xué)裝置，其中金屬氧化物或金屬鹵化物中的金屬是鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅或鋅。

[B09]根據(jù)[B04]至[B08]中任一項(xiàng)的電化學(xué)裝置，其中電池包括鎂電池、空氣電池或燃料電池。

[B10]根據(jù)[B01]至[B03]中任一項(xiàng)的電化學(xué)裝置，其包括電容器。

[B11]根據(jù)[B10]的電化學(xué)裝置，其中，電容器包括正極、負(fù)極和夾在正極和負(fù)極之間且含浸有電解液的間隔件。

[B12]根據(jù)[B01]至[B03]中任一項(xiàng)的電化學(xué)裝置，其包括傳感器或鎂離子過(guò)濾器。

[C01]一種二次電池，包括含有電解液的電解質(zhì)層，

電解液包括砜以及溶解于砜中的鎂鹽，

鎂鹽包括硼氫化鎂。

[C02]根據(jù)[C01]的二次電池，其中砜是由R₁R₂SO₂(其中R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))表示的烷基砜；或烷基砜衍生物。

[C03]根據(jù)[C02]的二次電池，其中烷基砜是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種的烷基砜：二甲基砜、甲基乙基砜、甲基正丙基砜、甲基異丙基砜、甲基正丁基砜、甲基異丁基砜、甲基仲丁基砜、甲基叔丁基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、乙基正丙基砜、乙基異丙基砜、乙基正丁基砜、乙基異丁基砜、乙基仲丁基砜、乙基叔丁基砜、二正丙基砜、二異丙基砜、正丙基正丁基砜、正丁基乙基砜、異丁基乙基砜、仲丁基乙基砜和二正丁基砜，以及

烷基砜衍生物是乙基苯基砜。

[C04]根據(jù)[C01]至[C03]中任一項(xiàng)的二次電池，進(jìn)一步包括含有鎂、鎂合金或鎂化合物的負(fù)極。

[C05]根據(jù)[C01]至[C04]中任一項(xiàng)的二次電池，進(jìn)一步包括含有硫、氟化石墨、金屬氧化物或金屬鹵化物作為正極活性物質(zhì)的正極。

[C06]根據(jù)[C05]的二次電池，其中金屬氧化物或金屬鹵化物中的金屬是鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅或鋅。

[D01]一種電池組，包括：二次電池；控制單元，配置為進(jìn)行對(duì)二次電池的控制；以及殼體，配置為容納二次電池，其中

二次電池是根據(jù)[C01]至[C06]中任一項(xiàng)的二次電池。

[D02]一種配置為接收來(lái)自二次電池的電力的電子裝置，其中

二次電池是根據(jù)[C01]至[C06]中任一項(xiàng)的二次電池。

[D03]一種電動(dòng)車(chē)輛，包括：轉(zhuǎn)換器，配置為接收來(lái)自二次電池的電力，并且將該電力轉(zhuǎn)換為車(chē)輛的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力；以及控制裝置，配置為基于有關(guān)二次電池的信息處理有關(guān)車(chē)輛控制的信息，其中

二次電池是根據(jù)[C01]至[C06]中任一項(xiàng)的二次電池。

[D04]一種電力系統(tǒng)，配置為接收來(lái)自二次電池的電力和/或從電源向二次電池提供電力，其中

二次電池是根據(jù)[C01]至[C06]中任一項(xiàng)的二次電池。

[D05]一種電力儲(chǔ)藏用電源，該電源包括二次電池并且配置為連接至供給電力至其中的電子裝置，其中

二次電池是根據(jù)[C01]至[C06]中任一項(xiàng)的二次電池。

[E01]<<電解液的制造方法>>

一種電解液的制造方法，該方法包括將硼氫化鎂溶解于砜中以形成電解液。

[F01]<<鍍?cè)?gt;>

一種鍍?cè)。ǎ喉?；以及溶解于砜中的鎂鹽，

鎂鹽包括硼氫化鎂。

[F02]<<鍍?cè)?gt;>

一種鍍?cè)?，包括：砜；以及溶解于砜中的鎂鹽，該鎂鹽是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種鎂鹽：氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、高氯酸鎂、四氟硼酸鎂、六氟磷酸鎂、六氟砷酸鎂、全氟烷基磺酸鎂、四苯基硼酸鎂和全氟烷基磺酰亞胺鎂。

[F03]根據(jù)[F01]或[F02]的鍍?cè)?，其中砜是由R₁R₂SO₂(其中R₁和R₂各自表示烷基基團(tuán))表示的烷基砜；或烷基砜衍生物。

[F04]根據(jù)[F03]的鍍?cè)。渲型榛渴沁x自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種烷基砜：二甲基砜、甲基乙基砜、甲基正丙基砜、甲基異丙基砜、甲基正丁基砜、甲基異丁基砜、甲基仲丁基砜、甲基叔丁基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、乙基正丙基砜、乙基異丙基砜、乙基正丁基砜、乙基異丁基砜、乙基仲丁基砜、乙基叔丁基砜、二正丙基砜、二異丙基砜、正丙基正丁基砜、正丁基乙基砜、異丁基乙基砜、仲丁基乙基砜和二正丁基砜，以及

烷基砜衍生物是乙基苯基砜。

[F05]根據(jù)[F01]至[F04]中任一項(xiàng)的鍍?cè)?，進(jìn)一步地含有添加劑。

[F06]根據(jù)[F05]的鍍?cè)?，其中，添加劑包括具有金屬離子的鹽，該金屬離子包含選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種原子或原子團(tuán)的陽(yáng)離子的：鋁(Al)、鈹(Be)、硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、錫(Sn)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)和鑭(La)，或者

添加劑包括含有選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種的原子、有機(jī)基團(tuán)或陰離子的鹽：氫、烷基基團(tuán)、烯基基團(tuán)、芳基基團(tuán)、芐基基團(tuán)、酰胺基基團(tuán)、氟離子(F^-)、氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、碘離子(I^-)、高氯酸根離子(ClO₄^-)、四氟硼酸根離子(BF₄^-)、六氟磷酸根離子(PF₆^-)、六氟砷酸根離子(AsF₆^-)、全氟烷基磺酸根離子(R_f1SO₃^-)(其中R_f1是全氟烷基基團(tuán))和全氟烷基磺酰亞胺離子(R_f2SO₂)₂N^-(其中R_f2是全氟烷基基團(tuán))。

[F07]根據(jù)[F01]至[F06]中任一項(xiàng)的鍍?cè)。M(jìn)一步地含有非極性溶劑。

[F08]根據(jù)[F07]的鍍?cè)?，其中，非極性溶劑具有20或更小的介電常數(shù)以及20或更小的供體數(shù)。

[F09]根據(jù)[F07]或[F08]的鍍?cè)。渲?，非極性溶劑包括選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種非極性溶劑：芳香族烴、醚、酮、酯和鏈狀碳酸酯。

[F10]根據(jù)[F09]的鍍?cè)。渲?/p>

芳香族烴是甲苯、苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯或1-甲基萘，

醚是二乙醚或四氫呋喃，

酮是4-甲基-2-戊酮，

酯是乙酸甲酯或乙酸乙酯，以及

鏈狀碳酸酯是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯。

[G01]<<鍍?cè)〉闹圃旆椒?gt;>

一種用于制造鍍?cè)〉姆椒?，該方法包括將硼氫化鎂溶解于砜中以形成鍍?cè)　?/p>

[G02]<<鍍?cè)〉闹圃旆椒?gt;>

一種用于制造鍍?cè)〉姆椒?，該方法包括以下步驟：

將鎂鹽溶解于能夠溶解鎂鹽的低沸點(diǎn)溶劑中；

然后，將砜溶解于在鎂鹽的低沸點(diǎn)溶劑的溶液中；以及

然后，從砜溶液中除去低沸點(diǎn)溶劑，其中

鎂鹽是選自由以下項(xiàng)組成的組中的至少一種鎂鹽：氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、高氯酸鎂、四氟硼酸鎂、六氟磷酸鎂、六氟砷酸鎂、全氟烷基磺酸鎂、四苯硼酸鎂和全氟烷基磺酰亞胺鎂。

[G03]根據(jù)[G02]的制造鍍?cè)〉姆椒?，該方法進(jìn)一步地包括將非極性溶劑添加至從砜溶液中除去低沸點(diǎn)溶劑之后獲得的產(chǎn)物中。

符號(hào)的說(shuō)明

10…正極、11…負(fù)極、12…電解質(zhì)層、21…紐扣電池殼體、22…密封墊、23…正極、24…間隔件、25…負(fù)極、26…間隔物、27…紐扣電池蓋、31…正極、32…負(fù)極、33…間隔件、35、36…集電體、37…密封墊、41…多孔正極、42…負(fù)極、43…間隔件和電解液、44…空氣電極側(cè)集電體、45…負(fù)極側(cè)集電體、46…擴(kuò)散層、47…選擇性氧可滲透膜、48…外殼、51…空氣(氣氛)、52…氧氣、61…正極、62…正極用電解液、63…正極用電解液輸送泵、64…燃油管道、65…正極用電解液儲(chǔ)藏容器、71…負(fù)極、72…負(fù)極用電解液、73…負(fù)極用電解液輸送泵、74…燃油管道、75…負(fù)極用電解液儲(chǔ)藏容器、66…離子交換膜。