用于电化学电池的电解质添加剂的制作方法

本发明总体上涉及二次电化学电池的改进，更具体但不排他地涉及通过抑制可再充电电化学装置中的一种或多种降解机制来增加装置寿命，所述可再充电电化学装置具有至少一个电极，所述电极包括过渡金属氰化物配位化合物(tmccc)材料。

背景技术：

1、背景部分中讨论的主题不应仅因其在背景部分中提及而被假定为现有技术。类似地，背景部分中提及的或与背景部分的主题相关联的问题不应被假定为先前在现有技术中已经被认识到。背景部分中的主题仅代表不同的方法，这些方法本身也可能是发明。

2、在电化学领域，人们认识到不太可能有一种电池对每种应用都能发挥最佳作用。为应用选择合适的电池就是确定最重要的电池指标并将这些指标与其他指标进行权衡。例如，当一个应用程序需要大量功率时，电池内阻通常会最小化，这可以通过增加电极表面积来实现。但这也会增加例如集电器和导电助剂等非活性成分，因此可以通过牺牲能量密度来获得功率。

3、重要的考虑因素可能包括灵活性、安全性、能量密度、功率密度、电压、成本、保质期、使用寿命、形状因素(例如厚度)、商业可用性、温度范围和循环寿命等指标。

4、各种电池配置的研究、开发和制造侧重于增加这些指标的选定子集，其中可能包括针对具体的应用程序特定调整。电池的专业化允许改进电池以用于广泛的应用。

5、因此，任何特定电池的组件都是为所需的解决方案量身定制的，这通常意味着一种电池解决方案中的一个组件在另一种电池解决方案中的表现可能不相似。

6、本文讨论的是一类包括过渡金属氰化物配位化合物(tmccc)材料的二次电化学电池。更具体地说，这类电化学电池包括液体电解质，其中能量储存是通过离子嵌入一个或多个电极(包括tmccc材料)来实现的。

7、这类电化学电池的性能可能涉及电池运行期间的寄生反应速率。一些解决方案可能包括在较窄的电压窗口内运行，以降低导致电池退化的寄生反应的速率。然而，这种替代方案导致电池存储的能量利用率低。在较窄的电压窗口内操作电化学装置可能导致能量显著减少。

8、这类电化学电池的性能与液体电解质的组成有关。当一种液体电解质包括不希望的寄生反应速率时，，一种解决方案可能是用另一种降低寄生反应速率的不同液体电解质来替代。然而，替代的液体电解质可能会改变性能，例如降低电解质电导率，这可能会降低最大充电和放电功率。具有完全不同溶剂系统的电解质，包括除乙腈以外的大多数极性非质子溶剂作为主要溶剂，是不利的，因为它们的离子电导率明显低于含有乙腈的电解质，因此在需要高速率能力时排除了它们的应用。

9、为具有至少一个包括tmccc材料的电极的二次电化学电池实施新型液体电解质可能是有利的。

技术实现思路

1、公开了一种用于二次电化学电池中使用的液体电解质的系统和方法，该二次电化学电池具有至少一个包括tmccc材料的电极，该液体电解质可延长使用寿命，同时允许快速放电至极高的放电深度。提供本发明的以下概述是为了有助于理解与包括至少一个tmccc电极的二次电化学电池相关的一些技术特征，并且不旨在成为本发明的完整描述。通过将整个说明书、权利要求、附图和摘要作为一个整体，可以获得对本发明各个方面的完整理解。除了本文讨论和公开的示例之外，本发明还适用于电化学电池和组件的其他配置。例如，电化学电池的其他电极材料可能被认为是“湿的”，在电池化学的背景下，在操作过程中可能会向电池贡献大量的水。

2、一类用于具有阳极和阴极的电化学电池中液体电解质的添加剂，其中电解质盐是碱金属盐，两个电极中至少一个含有能够与碱金属阳离子发生嵌入和脱嵌反应的tmccc材料。

3、一些液体电解质可包括碱金属盐或几种不同碱金属盐的混合物和二腈添加剂在单腈溶剂中的溶液。

4、一种包括电解质的电化学电池；与电解质电连通的阳极电极；和与电解质电连通的阴极电极；其中至少一个电极包括过渡金属氰化物配位化合物材料；并且其中电解质包括单腈溶剂、一种或多种碱金属盐与溶剂的溶液，以及置于溶剂中的添加剂；其中添加剂包括二腈材料。

5、一种用于具有至少一个电极的二次电化学电池的液体电解质，该电极包括过渡金属氰化物配位材料，包括单腈溶剂；和置于单腈溶剂中的二腈添加剂。

6、此处描述的任何实施方案可以单独使用或以任何组合彼此一起使用。包含在本说明书中的发明还可以包括在本简要概述或摘要中仅部分提及或暗示或根本未提及或暗示的实施方案。尽管本发明的各种实施方案可能已被现有技术的各种缺陷所启发，这些缺陷可在说明书的一处或多处被讨论，本发明的实施方案不一定解决这些缺陷中的任何一个。换句话说，本发明的不同实施方案可以解决可能在说明书中讨论的不同缺陷。一些实施例可能仅部分地解决一些缺陷或仅可在说明书中讨论的一个缺陷，并且一些实施例可能不解决这些缺陷中的任何一个。

7、本发明的其他特征、益处和优点在阅读了本公开内容(包括说明书，附图和权利要求书)之后将是显而易见的。

技术特征：

1.一种电化学电池，包括：

2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述过渡金属氰化物配位化合物材料包括组合物axpy[r(cn)(6)]z n(h2o)，其中a包括碱金属阳离子，其中p包括过渡金属阳离子，其中r包括过渡金属阳离子，并且其中0≤x≤2,y＝1,0.75≤z≤1,并且0≤n≤6。

3.如权利要求2所述的电化学电池，其中p包括锰和铁中的至少一种；并且其中r包括锰和铁中的至少一种。

4.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述二腈材料包括直链二腈材料。

5.如权利要求4所述的电化学电池，其中所述直链二腈材料包括丁二腈。

6.如权利要求4所述的电化学电池，其中所述直链二腈材料包括己二腈。

7.如权利要求1所述的电化学电池具有所述溶剂与所述添加剂的比率n，其中70:30≤n≤99:1，按重量计。

8.如权利要求2所述的电化学电池，其中a包括li、na、k、rb和cs阳离子中的一种或多种。

技术总结
一种用于具有至少一个包括TMCCC材料的电极的二次电化学电池中的液体电解质的系统和方法，该液体电解质能够延长寿命同时允许快速放电至极高的放电深度。在通过过渡金属氰化物配位化合物(TMCCC)中的离子嵌入实现能量储存的电化学电池中，将二腈添加到液体电解质中具有通过抑制常见的化学和电化学降解机制来延长设备寿命的优势。

技术研发人员：马吉德·科沙瓦兹,丹尼尔·弗利贝尔,班杰明·皮特·赫尔曼,格瑞斯·玛乔丽·伊,艾利克斯·J·克莱维
受保护的技术使用者：纳特龙能源公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12