離子液體納米級(jí)離子材料組合物、方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種制備離子液體納米級(jí)離子材料的方法，該離子液體納米級(jí)離子材料和具有包括該離子液體納米級(jí)離子材料的電池電解液的電池均提供優(yōu)越的性能。所述優(yōu)越的性能可以體現(xiàn)在抑制鋰枝晶形成上。
【專利說明】離子液體納米級(jí)離子材料組合物、方法和應(yīng)用
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)涉及并要求下述申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán):(1)2011年7月11日提交的，名稱為“離子液體拴系的納米顆?；旌想娊庖骸?，申請(qǐng)?zhí)枮?1/506，226的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)；和(2)2012年6月8日提交的，名稱亦為“離子液體拴系的納米顆粒混合電解液”，申請(qǐng)?zhí)枮?1/657，252的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)，這兩項(xiàng)申請(qǐng)的全部內(nèi)容均通過引用并入本申請(qǐng)。
[0003]關(guān)于政府利益的聲明
[0004]獲得本申請(qǐng)所描述的實(shí)施例和本申請(qǐng)所主張的發(fā)明的研究在基金號(hào)為DMR-0079992的美國國家科學(xué)基金的資助下進(jìn)行。美國政府享有本發(fā)明主張的權(quán)益。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]實(shí)施例大體涉及離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NIM)組合物。更具體地,實(shí)施例涉及離子液體納米級(jí)離子材料電解液組合物。
【背景技術(shù)】
[0006]相關(guān)技術(shù)的描述
[0007]含有鋰(Li)金屬作為陽極的二次電池是具有吸引力的，因?yàn)槠涮峁┝艘粋€(gè)已知最高的用于電能儲(chǔ)存的能量密度。然而，不幸的是，大多數(shù)目前使用的電解液并不適用于鋰金屬陽極，因?yàn)檫@些電解液在典型的電池電位下不穩(wěn)定。而且，這些電解液在反復(fù)的電池充電和放電循環(huán)中還不會(huì)減少鋰枝晶的生長。因?yàn)檫@種鋰枝晶的生長可以導(dǎo)致二次鋰電池短路，所以在鋰二次電池中是不希望出現(xiàn)這種鋰枝晶的生長。
[0008]考慮到鋰電池在不同應(yīng)用中的重要性，理想的鋰電池電解液應(yīng)該是穩(wěn)定的，能夠提供優(yōu)越的性能并且減少鋰枝晶的生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]實(shí)施例包括:(I)用于制備離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NM)的方法；(2)IL-NIM ；(3)包括IL-NM的電池電解液組合物；和(4)電池，其包括具有IL-NM的電池電解液組合物。
[0010]用于制備IL-NIM的方法包括通過金屬氧化物前體材料的反應(yīng)在溶液中原位形成金屬氧化物納米顆粒；和隨后使金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯(lián)劑材料在溶液中原位反應(yīng)以制備無交聯(lián)的IL-NIM (即，離子液體鍵合并拴系到單個(gè)金屬氧化物納米顆粒上)。這種特別的工藝順序避免了在制備根據(jù)實(shí)施例的離子液體納米級(jí)離子材料時(shí)金屬氧化物納米顆粒的聚集成塊(agglomeration)。
[0011]IL-NM包括離子液體，所述離子液體包括氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)，并且還包括抗衡陰離子，其中氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)與單個(gè)納米顆粒拴系。
[0012]電池電解液包括IL-NM，所述IL-N頂包括氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)，以及還包括抗衡陰離子，其中氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)與至少一個(gè)納米顆粒拴系。電池電解液還包括鋰鹽。鋰鹽可以包括與IL-NIM相同的抗衡陰離子，但是這種情況并非實(shí)施例中所必要的。
[0013]電池包括前述的電池電解液。
[0014]根據(jù)實(shí)施例的電池電解液組合物為使用所述電池電解液組合物的電池提供了優(yōu)越的性能，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)施例的電池電解液組合物可以減少鋰枝晶的生長。
[0015]根據(jù)實(shí)施例的用于制備材料組合物的特定方法包括通過金屬氧化物前體材料的反應(yīng)在溶液中原位形成多個(gè)金屬氧化物納米顆粒。這種特定的方法還包括使所述多個(gè)金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯(lián)劑材料在溶液中原位反應(yīng)，以提供無交聯(lián)的拴系納米顆粒的離子液體納米級(jí)離子材料。
[0016]根據(jù)實(shí)施例的特定材料組合物包括多個(gè)納米顆粒。這種特定的材料組合物還包括多個(gè)離子液體分子，其均包括:(I)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和(2)抗衡陰離子，每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均僅與單個(gè)納米顆粒栓系。
[0017]根據(jù)實(shí)施例的另一個(gè)特定材料組合物包括多個(gè)納米顆粒。這種另外的特定材料組合物還包括多個(gè)離子液體分子，其均包括:(I)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和(2)抗衡陰離子，每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分均與至少一個(gè)納米顆粒拴系。這種另外的特定材料組合物還包括鋰鹽。
[0018]根據(jù)實(shí)施例的特定電池包括電解液，所述電解液包括材料組合物，所述材料組合物包括:(1)多個(gè)納米顆粒；和(2)多個(gè)離子液體分子，其均包括:(a)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和(b)抗衡陰離子，每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分均與至少一個(gè)納米顆粒拴系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]在下文所述的【具體實(shí)施方式】的范圍內(nèi)理解這些實(shí)施例的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖的背景內(nèi)理解【具體實(shí)施方式】，這些附圖構(gòu)成了本公開的重要部分，其中:
[0020]圖1A顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NM)的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
[0021]圖1B顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的IL-NIM的動(dòng)態(tài)光散射尺寸分布；
[0022]圖1C顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的包括IL-NM的電池電解液的透射電子顯微鏡圖像；
[0023]圖2顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的包括IL-NM的電池電解液的熱重分析(TGA)譜圖；
[0024]圖3顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的IL、IL-NIM和電池電解液的差示掃描量熱法(DSC)譜圖；
[0025]圖4顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的IL、IL-N頂和電池電解液的離子電導(dǎo)率作為溫度倒數(shù)函數(shù)的圖；
[0026]圖5顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的IL-NM的電流相對(duì)于極化衰減時(shí)間的圖；
[0027]圖6顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的IL和IL-NM的線性掃描伏安圖；
[0028]圖7顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的使用電池電解液的對(duì)稱電池(symmetrical cell)的循環(huán)伏安圖；[0029]圖8顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的使用該電池電解液的鋰對(duì)稱電池的尼奎斯特曲線；
[0030]圖9顯示了電勢(shì)特性作為恒電流測試時(shí)間的函數(shù)的圖，該恒電流測試時(shí)間是用于對(duì)根據(jù)第一實(shí)施例的使用該電池電解液的對(duì)稱電池進(jìn)行恒電流測試的時(shí)間；
[0031]圖10顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的電池電解液的機(jī)械性質(zhì)的圖；
[0032]圖11顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的制備IL-NM的反應(yīng)方案；
[0033]圖12a顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的IL-NM的離子電導(dǎo)率作為溫度和二氧化硅重量填充比率(weight percent loading)的函數(shù)的圖；
[0034]圖12b顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的IL-NM的離子電導(dǎo)率作為SiO2-1L-TFSI重量填充比率和溫度的函數(shù)的圖；
[0035]圖13顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的使用電池電解液的對(duì)稱電池的線性掃描和循環(huán)伏安圖；
[0036]圖14顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的電池電解液的機(jī)械性質(zhì)的圖；
[0037]圖15顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的制備IL-NM組合物的反應(yīng)方案；
[0038]圖16a和圖16b顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的IL-N頂組合物的差示掃描量熱法結(jié)果；
[0039]圖17a和圖17b顯示了根據(jù)第四實(shí)施例的電池電解液組合物的枝晶生長特性；
[0040]圖18a、圖18b、圖18c和圖18d顯示了在不同電池的環(huán)境下根據(jù)第四實(shí)施例的電池電解液組合物的適用性；
[0041]圖19顯示了根據(jù)第五實(shí)施例的電池電解液的離子電導(dǎo)率和儲(chǔ)能模量作為顆粒填充函數(shù)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]實(shí)施例提供了一種制備IL-NM的方法，該方法可以將IL-NM用于供鋰電池使用的電池電解液組合物，其中鋰電池例如但不限于鋰金屬電池或鋰離子電池，以及IL-NM和在電池電解液組合物中包括該IL-NM的電池。根據(jù)實(shí)施例的電池電解液組合物包括離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NM)，其包括:(1)金屬氧化物納米顆粒；(2)與金屬氧化物納米顆粒拴系的氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和(3)與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)結(jié)合并平衡氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)的電荷的抗衡陰離子。電池電解液組合物還包括鋰鹽，該鋰鹽通常但并非一定包括與IL-NIM相同的抗衡陰離子。
[0043]1.根據(jù)實(shí)施例的針對(duì)離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NIM)和電池電解液組合物的一般方法和材料的考慮
[0044]如圖1A的化學(xué)結(jié)構(gòu)所示，實(shí)施例提供了通過將IL拴系于通常可以認(rèn)為是納米顆粒的硬(hard)無機(jī)ZrO2納米結(jié)構(gòu)(以及其他可以被認(rèn)為是納米顆粒的絕緣無機(jī)金屬氧化物納米結(jié)構(gòu))制備的一系列溶劑電解液。稱為離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NIM)的這些液體在存在鋰陽極時(shí)表現(xiàn)出特別的氧化還原穩(wěn)定性窗、優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、良好的Li遷移數(shù)和長期界面穩(wěn)定性，并且當(dāng)摻雜雙(三氟甲基磺?；?亞胺鋰鹽(或優(yōu)選包括比較龐大的陰離子的其他鋰鹽)時(shí)，其具有適宜的電導(dǎo)率。此外，機(jī)械特性檢測結(jié)果表明這些IL-NM的剪切模量比其未拴系的離子液體前體要高很多個(gè)數(shù)量級(jí)。這些相同的檢測結(jié)果表明IL-NIM電解液屬于一類稱為軟玻璃的屈服應(yīng)力材料(yield stress material),在這種材料中，每個(gè)納米級(jí)有機(jī)-無機(jī)混合構(gòu)建塊(hybrid building block)被捕獲于比平均熱能kT深很多倍的勢(shì)能阱中。這樣，當(dāng)從擴(kuò)散Li離子或移動(dòng)Li枝晶前沿的角度看時(shí)，IL-NM電池電解液類似于具有可調(diào)的孔化學(xué)性質(zhì)、尺寸、彎曲度和表面化學(xué)性質(zhì)(例如，通過改變核顆粒和/或IL配體的化學(xué)性質(zhì)、尺寸和接枝密度)的多孔固體。通過利用已經(jīng)具有較大的可以利用的納米顆粒和離子液體化學(xué)物質(zhì)庫的優(yōu)勢(shì)，IL-NIM開拓了設(shè)計(jì)用于二次鋰金屬和鋰離子電池的新型混合電池電解液的新前景，該電池電解液具有卓越的電化學(xué)、機(jī)械和熱穩(wěn)定性。
[0045]如上文所述和如圖1A所示，根據(jù)實(shí)施例的IL-N頂包括:(I)納米顆粒；和(2)離子液體分子，該離子液體分子包括:(a)與納米顆粒拴系的氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和6)與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)結(jié)合并平衡氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)的電荷的抗衡陰離子。盡管圖1A顯示了包括通過烷氧基硅烷鍵縮合與單個(gè)納米離子拴系的氮陽離子部分的單個(gè)離子液體分子，并且雖然這些實(shí)施例還考慮了在制備IL-NM組合物的方法和IL-NIM組合物中，將每個(gè)離子液體分子中的特定陽離子部分僅與單個(gè)納米顆粒拴系以避免通過多功能離子液體導(dǎo)致的納米顆粒交聯(lián)，但是這些實(shí)施例意味著每個(gè)納米顆粒還可以與一個(gè)以上的離子液體分子中的一個(gè)以上的陽離子部分拴系，通常為在約10個(gè)至約1000個(gè)離子液體分子中的約10個(gè)至約100個(gè)陽離子部分，和更優(yōu)選地為在約50個(gè)至約500個(gè)離子液體分子中的約50個(gè)至約500個(gè)陽離子部分。
[0046]此外，盡管這些實(shí)施例描述了電池電解液和所得到的包括IL-NM的電池，其中該IL-NIM包括僅與單個(gè)納米顆粒拴系的離子液體以避免納米顆粒交聯(lián)，但是根據(jù)實(shí)施例的電池電解液和所得到的電池還可以想到在IL-NM中的一個(gè)陽離子部分被鍵合到至少一個(gè)納米顆粒上。
[0047]至于納米顆粒，該納米顆粒還可以包括絕緣納米材料，特別是金屬氧化物絕緣納米顆粒材料。可以用于制備根據(jù)實(shí)施例的納米顆粒的特定金屬氧化物絕緣納米顆粒材料的例子包括但不限于二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯絕緣金屬氧化物材料。這些實(shí)施例還涉及包括混合金屬氧化物絕緣金屬氧化物納米顆粒材料的納米顆粒。典型地和優(yōu)選地，根據(jù)實(shí)施例的納米顆粒的尺寸范圍為約2至約1000納米，更優(yōu)選地為約10至約50納米。
[0048]至于在離子液體材料中的氮陽離子部分，該氮陽離子部分可以包括選自下組的氮陽離子，包括但不限于咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。這些實(shí)施例還可以得到，含磷的陽離子部分和含硫的陽離子部分也可以被拴系在根據(jù)實(shí)施例的離子液體的環(huán)境中，其中含磷的陽離子部分例如但不限于膦陽離子部分(和與氮連接的磷陽離子部分)，而含硫的陽離子部分例如但不限于锍陽離子部分(和與氮連接的硫陽離子部分)。
[0049]這種氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分可以通過具有約2個(gè)至約20個(gè)碳原子的有機(jī)化學(xué)鏈與這些實(shí)施例的納米顆粒拴系，其中該有機(jī)化學(xué)鏈包括但不限于烷基有機(jī)化學(xué)鏈、烯基有機(jī)化學(xué)鏈或炔基有機(jī)化學(xué)鏈。其他用于拴系納米顆粒的類型和組分并未被排除在實(shí)施例中。氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分與納米顆粒的拴系可以使用化學(xué)鍵合來被影響，該化學(xué)鍵合包括但不限于共價(jià)鍵合和離子鍵合，盡管使用離子液體功能性硅氧烷偶聯(lián)劑的共價(jià)鍵合是最常見的。
[0050]至于與氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分的至少一個(gè)的電荷平衡的抗衡陰離子，該抗衡陰離子可以選自下組，該組包括但不限于四氟硼酸鹽(bf4)、六氟磷酸鹽(PF6)、雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺(TFSI)、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟砷酸鹽(AsF6)、六氟銻酸鹽(SbF6)和四氯鋁酸鹽(AlCl4)抗衡陰離子。
[0051]將在下文中更加詳細(xì)地披露，實(shí)施例涉及根據(jù)實(shí)施例的IL-NIM與鋰鹽組合作為電池內(nèi)的電解液材料的用途，并且其特別地被用于鋰電池中，該鋰電池例如但不限于鋰金屬電池或鋰離子電池。鋰鹽可以包括與IL-NM相同或不同的陰離子。典型地，電池電解液包括IL-NM和鋰鹽，其中IL-NM和鋰鹽的重量比為約10:1至約1:10，更優(yōu)選地為約5:1至約1:1。
[0052]將在下文中更加詳細(xì)地披露，實(shí)施例還涉及“基質(zhì)(host)”材料的用途，該“基質(zhì)”材料為根據(jù)實(shí)施例的材料組合物提供了特定的所需特性。在實(shí)施例的環(huán)境下，這種“基質(zhì)”材料可以包括但不僅限于:(1)未與任何納米顆粒拴系的離子液體材料；(2)選自下組的溶齊U，該組包括但不限于碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對(duì)稱砜、1，3-二氧戊環(huán)、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和(3)選自下組的聚合物，該組包括但不限于聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。典型地，所述基質(zhì)材料中IL-N頂與基質(zhì)材料的質(zhì)量比為約1:900至約900:1，和更優(yōu)選地為約1:10至約40:1。
[0053]當(dāng)制備根據(jù)實(shí)施例的IL-NIM時(shí)，并且為了避免納米顆粒的聚集成塊，具體的制備IL-NIM的方法需要通過適宜納米顆粒金屬氧化物前體材料的水解、縮合或其他適宜的反應(yīng)在原位溶液中形成所述納米顆粒。這種納米顆粒金屬氧化物前體材料可以包括但不僅限于正硅酸乙酯(TEOS)(即，針對(duì)包含二氧化硅的納米顆粒)、氯化鋯(即，針對(duì)包含氧化鋯的納米顆粒)或氯化鈦(即，針對(duì)包含二氧化鈦的納米顆粒)。一旦在原位在溶液中制備得到了所需的納米顆粒，就可以使用適當(dāng)?shù)碾x子液體功能性偶聯(lián)劑來將特定的離子液體材料與特定的納米顆粒拴系，并且通常與單個(gè)納米顆粒拴系。
[0054]I1.根據(jù)第一實(shí)施例的氧化鋯納米顆粒拴系的離子液體納米級(jí)離子材料(IL-NIM)組合物
[0055]A.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0056]如圖1A所示,在一鍋合成(single pot synthesis)中通過將基于咪唑鐵鹽的IL與氧化鋯(ZrO2)納米顆粒共價(jià)拴系制備本章節(jié)中作為第一實(shí)施例披露的IL-NIM。使用常規(guī)的慣用方法合成IL前體,并且使用改良的Stober方案(Stober scheme)制備ZrO2納米顆粒核?？梢允褂妙愃频姆椒ㄔ诖蠖鄶?shù)其他金屬氧化物核納米顆粒材料上形成IL-NM。如圖1B所示，光散射的結(jié)果顯示，平均顆粒尺寸為86±2nm且相關(guān)的顆粒尺寸分布較窄。圖1C中的插圖顯示含有IM LiTFSI的IL-NIM電池電解液在室溫下是膠狀流體。這些電池電解液的透射電子顯微鏡(TEM)圖像如圖1C所示，該圖中顯示了其為由致密的納米結(jié)構(gòu)集合組成的混合物。
[0057]通過差示掃描量熱法(DSC)和熱重分析(TGA)對(duì)電池電解液材料的熱性質(zhì)進(jìn)行了表征。圖2中的TGA數(shù)據(jù)顯示了 IL-NM電池電解液在溫度高達(dá)400°C時(shí)是穩(wěn)定的，不會(huì)熱降解。圖3中的DSC結(jié)果表明IL-NM的玻璃化溫度(Tg) (_50°C )遠(yuǎn)高于其前體IL (-80°C)的玻璃化溫度，這意味著納米顆粒核提供的約束向下傳遞到了 IL部分。DSC數(shù)據(jù)還表明IL與ZrO2納米顆粒的共價(jià)拴系降低了 IL成分的總遷移率。DSC數(shù)據(jù)還表明將LiTFSI鹽加入IL-NIM后使電池電解液的Tg進(jìn)一步增加。
[0058]使用介電譜測定了在不同溫度下含有和不含IM LiTFSI的IL和IL-NM的離子電導(dǎo)率。圖4比較了作為溫度的函數(shù)的所測得的離子電導(dǎo)率。將LiTFSI加入IL后使粘度增加，其產(chǎn)生了較低的離子電導(dǎo)率。然而，在IL-NIM的情況下，加入LiTFSI鹽使離子電導(dǎo)率產(chǎn)生了可檢測的增加。在室溫下，摻入LiTFSI的IL和IL-N頂?shù)碾x子電導(dǎo)率值與其他聚合物電解液的值相當(dāng)。圖4還顯示了該溫度依賴性屬于Vogel-Fulcher-Tammann (VFT)類型，其為典型的玻璃形成系統(tǒng)的特征。VFT參數(shù)見下表1。
[0059]表1
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種制備材料組合物的方法，所述方法包括: 通過金屬氧化物前體材料的反應(yīng)在溶液中原位制備多個(gè)金屬氧化物納米顆粒；和使所述多個(gè)金屬氧化物納米顆粒與離子液體功能化的偶聯(lián)劑材料在溶液中原位反應(yīng)以提供無交聯(lián)的拴系納米顆粒的離子液體納米級(jí)離子材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)金屬氧化物納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述離子液體功能化的偶聯(lián)劑材料包括離子液體功能化的烷氧基硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述制備使用醇縮合反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述制備使用金屬鹵化物水解反應(yīng)。
6.一種材料組合物,包括: 多個(gè)納米顆粒；和 多個(gè)離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和抗衡陰離子，每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均僅與單個(gè)納米顆粒掛系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其進(jìn)一步包括不與多個(gè)納米顆粒中的任意一個(gè)拴系的基質(zhì)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的材料組合物，其中所述基質(zhì)材料包括多個(gè)附加的離子液體分子。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的材料組合物，其中所述基質(zhì)材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對(duì)稱砜、1，3-二氧戊環(huán)、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其中所述多個(gè)納米顆粒中的每個(gè)均具有約2至約1000納米的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其中所述多個(gè)納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺?；?酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)與單個(gè)納米顆粒共價(jià)拴系。
15.一種材料組合物，包括:多個(gè)納米顆粒； 多個(gè)離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和 抗衡陰離子；和 鋰鹽，其中每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均與至少一個(gè)納米顆粒掛系。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其進(jìn)一步包括不與多個(gè)納米顆粒中的任意一個(gè)拴系的基質(zhì)材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的材料組合物，其中所述基質(zhì)材料包括多個(gè)附加的離子液體分子。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的材料組合物，其中所述基質(zhì)材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對(duì)稱砜、1，3-二氧戊環(huán)、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述多個(gè)納米顆粒中的每個(gè)均具有約2至約1000納米的直徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述多個(gè)納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鎗、哌啶鎗和吡咯烷鎗氮陽離子部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)與單個(gè)納米顆粒拴系。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料組合物，其中所述鋰鹽包括四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、鋰、雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、三氟乙酸鹽、乙酸鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺鋰、二氰胺鋰、四氯鋁酸鋰和六氟銻酸鋰的鋰鹽中的至少一個(gè)。
25.—種電池,包括電解液,所述電解液包括材料組合物,所述材料組合物包括: 多個(gè)納米顆粒；和 多個(gè)離子液體分子，其均包括: 氮陽離子部分、 磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)；和 抗衡陰離子，每個(gè)氮陽離子部分、磷陽離子部分或硫陽離子部分均與至少一個(gè)納米顆粒拴系。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其進(jìn)一步包括不與多個(gè)納米顆粒中的任意一個(gè)拴系的基質(zhì)材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電池，其中所述基質(zhì)材料包括多個(gè)附加的離子液體分子。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的材料組合物，其中所述基質(zhì)材料包括至少一種選自下組的材料: 選自下組的溶劑:碳酸酯、醚、乙酰胺、乙腈、對(duì)稱砜、1，3-二氧戊環(huán)、聚乙烯醚類、硅氧烷和上述溶劑的混合物；和 選自下組的聚合物:聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化聚合物和上述聚合物的混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述多個(gè)納米顆粒中的每個(gè)均具有約2至約1000納米的直徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述多個(gè)納米顆粒包括選自下組的金屬氧化物材料:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化釩和氧化鋯的金屬氧化物材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述氮陽離子部分選自下組:咪唑鎗、銨、吡啶鐵、喊淀鐵和批略燒鐵氣陽尚子部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述抗衡陰離子選自下組:四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺、三氟甲磺酸鹽、三氟乙酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、雙(五氟乙基磺酰基)酰亞胺、二氰胺、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽和四氯鋁酸鹽抗衡陰離子。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述氮陽離子部分、磷陽離子部分和硫陽離子部分中的至少一個(gè)與單個(gè)納米顆粒`拴系。
【文檔編號(hào)】H01M10/0565GK103765663SQ201280043257
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月11日
【發(fā)明者】林登·A·阿徹, S·S·莫干迪, Y·陸 申請(qǐng)人:康奈爾大學(xué)