權(quán)利要求書： 1.一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其包含：

含有多個(gè)互連孔(24)的介孔電介質(zhì)材料(21)，所述多個(gè)互連孔(24)限定了介孔電介質(zhì)材料(21)的內(nèi)表面；以及覆蓋內(nèi)表面的電解質(zhì)層(22)；

其中，所述電解質(zhì)層(22)包含：

含有第一偶極化合物或第一離子化合物的第一層(221)，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包括第一極性的第一極(311)和第二極性的第二極(312)，所述第二極性與所述第一極性相反，其中，所述第一層(221)吸附至內(nèi)表面上，并且第一極(311)面對(duì)內(nèi)表面；由此，在第一偶極化合物或第一離子化合物中引入或改變電荷離域，并在第一偶極化合物或第一離子化合物上引入或改變分子偶極矩，其中，第一偶極化合物或第一離子化合物包含

3

尺寸為至少7nm 的陰離子和更大的陽離子；

覆蓋第一層(221)的第二層(222)，所述第二層(222)含有第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽包括第一極性的第一離子(321)和第二極性的第二離子(322)，其中，所述離子化合物或鹽的第一離子(321)與第一層(221)結(jié)合，由此減弱第一離子(321)和第二離子(322)之間的結(jié)合，并提高第二離子(322)的遷移率，其中，第二離子（322）是金屬陽離+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+子，其選自：Li、Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ；

并且，其中，電解質(zhì)層(22)是在整個(gè)固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)中基本連續(xù)不間斷的層。

2.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，電解質(zhì)層(22)還包含覆蓋第二層(222)的至少一層附加層(223)，所述至少一層附加層(223)是第二層(222)的第二離子化合物或鹽的第二離子(322)的溶劑和導(dǎo)體。

3.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，電解質(zhì)層(22)還包含覆蓋第二層(222)的至少一層附加層(223)，所述至少一層附加層(223)含有與第二層(222)相同的第二離子化合物或鹽。

4.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，第一偶極化合物或第一離子化合物是有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或金屬鹽。

5.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，第一偶極化合物或第一離子化合物是離子液體。

6.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，第一極性是負(fù)極性，并且第二極性是正極性。

7.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，第二層(222)的第一極性? ? ? ? ?的第一離子(321)是去極化大型陰離子，其選自：ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

8.如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，第一極性是正極性，并且第二極性是負(fù)極性。

9.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，所述介孔電介質(zhì)材料(21)包括氧化硅、氧化鋁或它們的混合物。

10.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，所述介孔電介質(zhì)材料(21)的孔隙率范圍為25%至90%。

11.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，所述多個(gè)互連孔(24)的直徑范圍為2nm至50nm。

12.如權(quán)利要求11所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，所述介孔電介質(zhì)材料(21)還包含直徑小于2nm的多個(gè)微孔。

13.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)的組成為：相對(duì)于電介質(zhì)材料，第一離子化合物或第一偶極化合物以及第二離子化合物或鹽的量大于預(yù)定閾值，其中，所述閾值是根據(jù)組成選擇來預(yù)先確定的，所述組成選擇使固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)的離子傳導(dǎo)率大于僅由覆蓋多個(gè)互連孔內(nèi)表面的電解質(zhì)層的材料所組成的本體電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率。

14.如權(quán)利要求1所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)，其中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率大于1mS/cm。

15.一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)層，其含有如權(quán)利要求1?14中任一項(xiàng)所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)。

16.如權(quán)利要求15所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)層，其中，多個(gè)互連孔(24)和覆蓋內(nèi)表面的電解質(zhì)層(22)在固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的第一表面和固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的第二相對(duì)表面之間形成連續(xù)的離子傳導(dǎo)路徑。

17.一種復(fù)合離子嵌入電極，其含有如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)以及活性電極材料的混合物。

18.一種固態(tài)電池單元，其包含如權(quán)利要求15至16中任一項(xiàng)所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)層。

19.一種固態(tài)電池單元，其包含如權(quán)利要求17所述的復(fù)合離子嵌入電極。

20.一種用于形成如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料(20)的方法，其中，所述方法包括：得到一種溶液，所述溶液含有：

電介質(zhì)材料前體；

第一偶極化合物或第一離子化合物，其中，第一偶極化合物或第一離子化合物包含尺

3

寸為至少7nm 的陰離子和更大的陽離子；

包含第一極性的第一離子（321）和第二極性的第二離子（322）的第二離子化合物或鹽，+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+其中，第二離子（322）是金屬陽離子，其選自：Li、Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ；

去離子水；和

醇；并且

通過誘導(dǎo)溶液凝膠化將溶液轉(zhuǎn)化為固體材料，從而形成凝膠，然后使所述凝膠干燥以形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。

21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，一方面的溶液中第一離子化合物或第一偶極化合物和第二離子化合物或鹽的摩爾量之和與另一方面的溶液中電介質(zhì)材料前體的摩爾量之間的摩爾比x超過預(yù)定閾值x閾值。

22.如權(quán)利要求20至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，

電介質(zhì)材料前體是二氧化硅前體或氧化鋁前體或它們的混合物；

第一偶極化合物或第一離子化合物是離子液體；并且

第二離子化合物或鹽包含金屬鹽，所述金屬鹽含有金屬陽離子和去極化大型陰離子，+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+所述金屬陽離子選自Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述去極化大型陰離子選

4? 4? 6? ? ?

自ClO 、BF 、PF 、TFSI和BETI。

說明書： 固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本公開涉及固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料、固體納米復(fù)合電解質(zhì)層、復(fù)合離子嵌入電極以及包含該固體納米復(fù)合電解質(zhì)層和/或復(fù)合離子嵌入電極的固態(tài)離子嵌入電池單元和電池。[0002] 本公開還涉及用于形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料和層的方法。背景技術(shù)[0003] 電池單元包括正電極或陰極、負(fù)電極或陽極以及在兩者之間的電解質(zhì)層。由于提高安全性的原因、以及為了提高能量密度、功率密度和充電速率，優(yōu)選固體電解質(zhì)。[0004] 該固體電解質(zhì)的主要要求是高離子傳導(dǎo)率(例如高于1mS/cm、優(yōu)選高于10mS/cm)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。化學(xué)穩(wěn)定性通常由電化學(xué)窗口表示，其限定了電解質(zhì)的負(fù)極和正極電壓極限，并因此限定了活性電極材料化學(xué)品的選擇。機(jī)械穩(wěn)定性需要機(jī)械支承以保持電極在物理上和電學(xué)上良好地分開。[0005] 可以通過使用納米復(fù)合電極來增加離子傳導(dǎo)率和由此的電池容量和放電速率，所述納米復(fù)合電極包含納米結(jié)構(gòu)化的電絕緣材料(例如，氧化物，如，薄膜多孔材料，或納米顆?；牧?和離子導(dǎo)體(例如，鹽，如Li鹽)，所述離子導(dǎo)體存在于納米結(jié)構(gòu)化材料的內(nèi)表面處。在該結(jié)構(gòu)中，原理上可以在離子導(dǎo)體和絕緣材料之間的界面處得到增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)率。[0006] 已經(jīng)提出了不同類型的固體(納米)復(fù)合電解質(zhì)材料作為在固態(tài)離子嵌入電池(例如，二氧化硅/離子液體(IL)固體復(fù)合電解質(zhì)(SCE))中使用的潛在候選。該固體復(fù)合電解質(zhì)可以潛在提供良好的離子傳導(dǎo)率(例如，高于0.1mS/cm)和良好的電化學(xué)窗口。然而，觀察到在實(shí)踐中該復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率總是低于相應(yīng)離子液體電解質(zhì)的本體傳導(dǎo)率(bulkconductivity)。[0007] 例如，二氧化硅/離子液體固體復(fù)合電解質(zhì)可以通過溶膠?凝膠法制造。在該溶膠?凝膠法中，電解質(zhì)前體溶液通過化學(xué)凝膠化工藝轉(zhuǎn)化為凝膠，隨后通過干燥和固化工藝轉(zhuǎn)化為固體材料。為了使用溶膠?凝膠法形成二氧化硅/離子液體固體復(fù)合電解質(zhì)，通常將有機(jī)酸或者有機(jī)酸和鹽酸鹽的組合用作硅前體在溶液中水解和縮聚的催化劑，以形成二氧化硅。然而，由于酸的存在，該溶液與離子嵌入固態(tài)電池中所用的一些電極在化學(xué)上不兼容，例如，在鋰離子電池情況下的LiMn2O4或Li4Ti5O12電極。酸和電極材料之間的化學(xué)反應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致電池失效。[0008] 因此，需要在實(shí)踐中具有改進(jìn)的離子傳導(dǎo)率的納米復(fù)合電解質(zhì)材料，優(yōu)選固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。該改進(jìn)的(固體)納米復(fù)合電極材料的制造方法優(yōu)選與通常在離子嵌入固態(tài)電池中所用的電極兼容，例如，在鋰離子電池情況下與LiMn2O4或Li4Ti5O12電極兼容。發(fā)明內(nèi)容[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供適用于集成在固態(tài)離子嵌入電池單元和電池中的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料具有良好的離子傳導(dǎo)率。本公開一些實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，其離子傳導(dǎo)率大于相應(yīng)電解質(zhì)材料的本體離子傳導(dǎo)率，即，作為固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料一部分的電解質(zhì)材料的本體離子傳導(dǎo)率。[0010] 本公開的一個(gè)目的是提供于包含該固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的固體納米復(fù)合物層。本公開的一個(gè)目的是提供于包含該固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的復(fù)合電極。本公開的一個(gè)目的是提供于包含該固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的電池單元和電池。[0011] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于形成適用于集成在固態(tài)離子嵌入電池單元和電池中的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料具有良好的離子傳導(dǎo)率。該方法優(yōu)選與用于形成該固態(tài)離子嵌入電池單元和電池的其它材料兼容，例如與用于形成電極的材料兼容。更具體地說，本公開的一個(gè)目的是提供一種溶液基方法，其用于形成具有良好離子傳導(dǎo)率的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。優(yōu)選地，該方法與用于形成該固態(tài)離子嵌入電池單元和電池的其它材料兼容。[0012] 這些和其它目的至少部分通過獨(dú)立權(quán)利要求中所限定的公開內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行闡述。[0013] 根據(jù)第一方面，本公開涉及一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，其中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料包含：含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料，所述多個(gè)互連孔限定了納米多孔電介質(zhì)材料的內(nèi)表面；以及覆蓋內(nèi)表面的電解質(zhì)層，其中，電解質(zhì)層包含：含有第一偶極化合物或第一離子化合物的第一層，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包括第一極性的第一極和第二極性的第二極，所述第二極性與所述第一極性相反，其中，所述第一層吸附至內(nèi)表面上，并且第一極面對(duì)內(nèi)表面，由此在第一偶極化合物或第一離子化合物中引入或改變電荷離域，并在第一偶極化合物或第一離子化合物上引入或改變分子偶極矩；以及覆蓋所述第一層的第二層，所述第二層包含含有所述第一極性的第一離子和所述第二極性的第二離子的第二離子化合物或鹽，其中，所述第二離子化合物或鹽的所述第一離子與所述第一層結(jié)合，由此弱化第一離子和第二離子之間的結(jié)合，并提高第二離子的遷移率；并且其中，電解質(zhì)層是整個(gè)材料中基本連續(xù)的不間斷層。[0014] 在本公開第一方面的一些實(shí)施方式中，第一偶極化合物或第一離子化合物可以是例如有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或金屬鹽。例如，第一偶極化合物或第一離子化合物可以是離子液體。例如，其可以包括陽離子和/或陰離子，所述陽離子為如1?丁基?1?甲基吡咯烷+ + +鎓(BMP)、1?丁基(buthyl)?3?甲基咪唑鎓(BMI)、1.2?二甲基?3?丙基咪唑鎓(DMPI)；1,2?+ +

二乙基?3,5?二甲基咪唑鎓(DEDMI)、三甲基正己基銨(TMHA)、N?丁基?N?甲基吡咯烷鎓+ + +

(PYR)、N?甲基?N?丙基哌啶鎓(PIP)或N?乙基?N?甲基嗎啉鎓(morpholidinium)(PYR)；所? ?

述陰離子為如雙(三氟甲烷磺?；?酰亞胺(TFSI)、雙(五氟乙烷磺?；?酰亞胺(BETI)或?

2,2,2?三氟?N?(三氟甲烷磺?；?乙酰胺(TSAC)。

[0015] 在本公開第一方面的一些實(shí)施方式中，第一極性可以是負(fù)極性，并且第二極性可以是正極性，或者相反，第一極性可以是正極性，并且第二極性可以是負(fù)極性。[0016] 在本公開第一方面的一些實(shí)施方式中，其中，第一極性是負(fù)極性，并且第二極性是正極性，第二層的第二極性的第二離子可以是例如金屬陽離子，如選自如下的金屬陽離子：+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+

Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni 。在該實(shí)施方式中，第二層的第一極性的第一離? ? ? ? ?

子可以是例如去極化大型陰離子，例如選自如下的陰離子：ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

[0017] 在本公開第一方面的一些實(shí)施方式中，例如，介孔電介質(zhì)材料可以包括氧化硅、氧化鋁或它們的混合物。在一些實(shí)施方式中，介孔電介質(zhì)材料的孔隙率范圍可以是例如25％至90％。多個(gè)互連孔的直徑范圍可以是例如2nm至50nm。介孔電介質(zhì)材料還可以包含多個(gè)介孔，所述介孔具有例如小于2nm的直徑。[0018] 本公開第一方面的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于這些材料的離子傳導(dǎo)率大于覆蓋內(nèi)表面的電解質(zhì)材料的本體離子傳導(dǎo)率。該提高的離子傳導(dǎo)率與含有第一化合物(第一偶極化合物或第一離子化合物)的第一層有關(guān)，所述第一化合物具有第一極性的第一極以及相反的第二極性的第二極，其中，所述第一層吸附在內(nèi)表面上，并且第一極面對(duì)內(nèi)表明，由此在第一化合物上引入或改變分子偶極矩。由于內(nèi)表面和第二層之間該第一層的存在，所述第二層包含含有第一極性的第一離子和第二極性的第二離子的第二化合物(第二離子化合物或鹽)并且通過其第一極性的第一離子結(jié)合至第一層(即，第二層通過其第一離子基本固定至第一層)，第二化合物的第二離子可能變得不再與第二化合物的第一離子牢固結(jié)合，使得這些第二離子可以更自由地移動(dòng)，導(dǎo)致這些第二離子的離子傳導(dǎo)率提高。因此，可以認(rèn)為第一層是第二離子化合物或鹽(其是第二層一部分)的第二離子的“離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑”。例如，在本公開的一些實(shí)施方式中，第一層(‘離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑’)可以包含離子液體，并且第二層可以包含鹽，例如，鋰鹽。在該實(shí)例中，電介質(zhì)材料內(nèi)表面和鋰鹽之間中存在離子液體(具有分子偶極矩)效果在于鋰鹽的陰離子固定至吸附在電介質(zhì)材+料內(nèi)表面上的離子液體層。這使得鋰鹽的Li陽離子變得不再與鋰鹽的陰離子牢固結(jié)合，導(dǎo)+ +

致Li 陽離子更容易、更自由地移動(dòng)通過電解質(zhì)材料，并且因此提高了材料的Li 離子傳導(dǎo)+

率。如上所述的第一層的存在還可以導(dǎo)致第二離子(例如，Li 離子)的轉(zhuǎn)移或運(yùn)輸數(shù)量增加。(第二化合物(例如，鹽，如鋰鹽)的)第二離子的轉(zhuǎn)移或運(yùn)輸數(shù)量是由這些第二離子(例如Li+陽離子)、即提供離子傳導(dǎo)率的離子所攜帶的通過電解質(zhì)的總離子流的一部分。例如，總流的另一部分可以由化合物(例如，鹽)的第一離子所攜帶。

[0019] 在本公開的第一方面的一些實(shí)施方式中，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的組成優(yōu)選為：相對(duì)于電介質(zhì)材料，第一離子化合物或第一偶極化合物以及第二離子化合物或鹽的量大于預(yù)定閾值，其中，所述閾值是根據(jù)組成選擇來預(yù)先確定的，所述組成選擇使固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率大于僅由覆蓋多個(gè)互連孔內(nèi)表面的電解質(zhì)層的材料所組成的本體電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率。[0020] 本公開第一方面的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于這些材料具有高離子傳導(dǎo)率，例如，大于10mS/cm的離子傳導(dǎo)率。當(dāng)用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池中電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可以導(dǎo)致電池單元或電池更快的充電速率。當(dāng)用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池的復(fù)合電極中的電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可以允許增加電極厚度，導(dǎo)致電池單元或電池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0021] 在本公開的第一方面的一些實(shí)施方式中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的電解質(zhì)層包含覆蓋第二層的至少一層附加層，所述至少一層附加層是第二層的第二離子化合物或鹽的溶劑或?qū)w，其優(yōu)點(diǎn)在于該至少一層附加層用作“溶劑”層，促進(jìn)并提高第二層的第二離子的移動(dòng)，并且因此提高了復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率。在一些實(shí)施方式中，例如，所述至少一層附加層可以包含與第二層相同的第二離子化合物或鹽。[0022] 根據(jù)第二方面，本公開涉及一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)層，其含有本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。[0023] 在本公開的第二方面的一些實(shí)施方式中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)層因此包含含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料，所述多個(gè)互連孔限定了介孔電介質(zhì)材料的內(nèi)表面；以及如第一方面所述的覆蓋內(nèi)表面的電解質(zhì)層。多個(gè)互連孔和電解質(zhì)層可以有利地在固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的第一表面和固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的第二相對(duì)表面之間形成連續(xù)的離子傳導(dǎo)路徑。這是有利的，因?yàn)楫?dāng)?shù)诙矫娴墓腆w納米復(fù)合電解質(zhì)層被用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池中的電解質(zhì)層時(shí)，在電池單元或電池的第一電極層和第二電極層之間、即在電池單元或電池的相反極性的電極之間，可以形成離子傳導(dǎo)的連續(xù)不間斷路徑。這是有利的，因?yàn)楫?dāng)?shù)诙矫娴墓腆w納米復(fù)合電解質(zhì)層被用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池的復(fù)合電極中的電解質(zhì)層時(shí)，可以穿過復(fù)合電極形成離子傳導(dǎo)的連續(xù)不間斷路徑。[0024] 在本公開第二方面的一些實(shí)施方式中，例如，固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率可以大于本體電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率，所述本體電解質(zhì)層僅由覆蓋多個(gè)互連孔內(nèi)表面的電解質(zhì)層的材料組成。例如，固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率可以大于1mS/cm。這是有利的，因?yàn)楫?dāng)?shù)诙矫娴墓腆w納米復(fù)合電解質(zhì)層被用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池中的電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可能使電池單元或電池獲得更快的充電速率。這是有利的，因?yàn)楫?dāng)?shù)诙矫娴墓腆w納米復(fù)合電解質(zhì)層用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池的復(fù)合電極中的電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可以允許增加電極厚度，導(dǎo)致電池單元或電池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0025] 在本公開的第二方面的一些實(shí)施方式中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料優(yōu)選具有第一離子化合物或第一偶極化合物以及第二離子化合物或鹽的量相對(duì)于電介質(zhì)材料大于預(yù)定閾值的組成，其中，所述閾值是根據(jù)組成選擇來預(yù)先確定的，所述組成選擇使固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率大于僅由覆蓋多個(gè)互連孔內(nèi)表面的電解質(zhì)層的材料所組成的本體電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)率。[0026] 根據(jù)第三方面，本公開涉及一種復(fù)合離子嵌入電極，其含有本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料和活性電極材料的混合物。[0027] 根據(jù)第三方面的復(fù)合離子嵌入電極的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，其可以具有提高的離子傳導(dǎo)率，這可以允許增加電極厚度，導(dǎo)致電池單元或電池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0028] 根據(jù)第四方面，本公開涉及一種固態(tài)電池單元，其含有本公開第二方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)層。本公開還提供一種固態(tài)電池，其含有至少一個(gè)根據(jù)第四方面的固態(tài)電池單元。[0029] 第四方面的一些實(shí)施方式的固態(tài)電池單元和固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)在于其可以具有改進(jìn)(例如，快速)的充電速率。[0030] 根據(jù)第五方面，本公開涉及一種固態(tài)電池單元，其含有本公開第三方面的實(shí)施方式所述的復(fù)合離子嵌入電極。本公開還提供一種固態(tài)電池，其含有至少一個(gè)根據(jù)第五方面的固態(tài)電池單元。[0031] 第五方面的一些實(shí)施方式的固態(tài)電池單元和固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)在于其可以具有改進(jìn)的容量、改進(jìn)的能力密度和/或改進(jìn)的功率密度。[0032] 根據(jù)第六方面，本公開涉及一種用于形成本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法，其中，用于形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法包括：獲得含有電介質(zhì)材料前體、第一偶極化合物或第一離子化合物、第二離子化合物或鹽、去離子水和醇的溶液；以及通過誘導(dǎo)溶液的凝膠化將溶液轉(zhuǎn)化為固體材料，從而形成凝膠，然后使該凝膠干燥以形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。[0033] 在本公開第六方面的一些實(shí)施方式中，例如，電介質(zhì)材料前體可以是二氧化硅前體或氧化鋁前體或它們的混合物；第一偶極化合物和第一離子化合物可以是例如離子液體；并且第二離子化合物或鹽可以例如包含金屬鹽，所述金屬鹽含有金屬陽離子和去極化+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+大型陰離子，所述金屬陽離子為例如選自Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述? ? ? ? ?

去極化大型陰離子為例如選自ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

[0034] 在本公開第六方面的一些實(shí)施方式中，離子液體和二氧化硅前體或氧化鋁前體或它們的混合物之間的摩爾比范圍可以為0.1至2；去離子水和二氧化硅前體或氧化鋁前體或它們的混合物之間的體積比范圍可以基本等于1(例如，其可以是0.9至1.1)；金屬鹽和離子液體之間的摩爾比范圍可以是例如0.1至1；并且離子液體和醇之間的重量比范圍可以是例如0.1至2。[0035] 本公開第六方面的用于形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于其由導(dǎo)致介孔電介質(zhì)材料和覆蓋其內(nèi)表面的電解質(zhì)層同時(shí)形成的單個(gè)制造工藝組成，更具體地說，由單個(gè)溶膠?凝膠制造工藝組成。[0036] 本公開第六方面的用于形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法的一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于其使用濕式前體。當(dāng)制造包含根據(jù)第六方面實(shí)施方式所形成的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的復(fù)合電極時(shí)，使用濕式前體允許容易地將前體引入含有活性電極材料的多孔層的孔內(nèi)，并且在將前體引入這些孔內(nèi)之后使?jié)袷角绑w固化，由此在含有活性電極材料的多孔層的孔內(nèi)形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。這可以有利地導(dǎo)致包含集成復(fù)合電極層，其含有包埋在納米復(fù)合電極材料中的活性電極材料。這可以有利地導(dǎo)致致密的電極制劑，其具有降低的孔隙率以及活性電極材料與電解質(zhì)材料之間良好的全方位(all?around)接觸。當(dāng)在電池單元或電池中使用該復(fù)合電極，這可以有利地導(dǎo)致電池單元或電池的能量密度提高以及功率密度提高。[0037] 本公開特定和優(yōu)選的方面在所附獨(dú)立和從屬權(quán)利要求中闡述?？梢詫膶贆?quán)利要求中的特征與獨(dú)立權(quán)利要求中的特征以及其它從屬權(quán)利要求中的特征進(jìn)行適當(dāng)組合，而并不僅限于權(quán)利要求書中明確所述的情況。[0038] 本公開的上述和其它特性、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)在下文具體實(shí)施方式中結(jié)合附圖變得顯而易見，其通過實(shí)例說明本公開的原理。本說明書僅為了舉例，而不是限制本公開的范圍。下文引用的參考圖是指附圖。

附圖說明[0039] 圖1示意性顯示了現(xiàn)有技術(shù)的顆粒基復(fù)合電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)。[0040] 圖2示意性顯示了根據(jù)本公開第一方面的一個(gè)實(shí)施方式的復(fù)合電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。[0041] 圖3是覆蓋有電解質(zhì)層的電介質(zhì)層的示意圖，顯示了在具有陽離子導(dǎo)體的實(shí)施方式中的電荷離域，所述電解質(zhì)層包括第一層和第二層的堆疊體。[0042] 圖4是覆蓋有電解質(zhì)層的電介質(zhì)層的示意圖，顯示了在具有陰離子導(dǎo)體的實(shí)施方式中的電荷離域，所述電解質(zhì)層包括第一層和第二層的堆疊體。[0043] 圖5是覆蓋有電解質(zhì)層的電介質(zhì)層的示意圖，顯示了在具有陽離子導(dǎo)體的實(shí)施方式中的電荷離域，所述電解質(zhì)層包括第一層和第二層的堆疊體，其中，第二層的第二離子化合物或鹽與第一層的第一偶極化合物或第一離子化合物之間的摩爾比為1:2。[0044] 圖6是覆蓋有電解質(zhì)層的二氧化硅層表面的示意圖，所述電解質(zhì)層包括第一層和第二層的堆疊體。[0045] 圖7是覆蓋有電解質(zhì)層的二氧化硅層表面的示意圖，所述電解質(zhì)層包括第一層、第二層和附加層的堆疊體。[0046] 圖8顯示了對(duì)于如下三種類型的材料中，不同固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料測(cè)得的歸一化離子傳導(dǎo)率與每個(gè)總氧化物表面積的離子液體電解質(zhì)體積之間的函數(shù)關(guān)系：(a)納米顆?；鶑?fù)合電解質(zhì)；(b)介孔微粒基復(fù)合電解質(zhì)；(c)包含根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的介孔電介質(zhì)材料的納米復(fù)合電解質(zhì)。[0047] 圖9顯示對(duì)于不同離子液體，根據(jù)本公開一些實(shí)施方案的不同固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料測(cè)量的歸一化離子傳導(dǎo)率與溶膠?凝膠制造工藝中所用溶液中的二氧化硅前體和離子液體電解質(zhì)(Li鹽和離子液體)之間的摩爾比x之間的函數(shù)關(guān)系。[0048] 圖10顯示對(duì)于在添加有Li鹽的溶膠?凝膠前體溶液中離子液體電解質(zhì)與二氧化硅+ ? + ?的不同摩爾比x(0.34摩爾[Li][TFSI ]每1[BMP][TFSI ])(實(shí)心符號(hào))以及離子液體溶液中的純或本體鋰鹽(空心圓圈)，使用溶膠?凝膠法制造的納米復(fù)合電解質(zhì)材料所測(cè)量的離子傳導(dǎo)率值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系。

[0049] 圖11顯示對(duì)于在添加有Li鹽的溶膠?凝膠前體溶液中離子液體電解質(zhì)與二氧化硅+ ? + ?的不同摩爾比x(0.34摩爾[Li][TFSI ]每1[BMI][TFSI ])(實(shí)心符號(hào))以及離子液體溶液中的純或本體鋰鹽(空心圓圈)，使用溶膠?凝膠法制造的納米復(fù)合電解質(zhì)材料所測(cè)量的離子傳導(dǎo)率值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系。

[0050] 在不同的圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件。[0051] 發(fā)明詳述[0052] 將就具體實(shí)施方式并參照某些附圖對(duì)本公開進(jìn)行描述，但本公開并不受此限制，僅由權(quán)利要求書限定。描述的附圖僅是說明性的且是非限制性的。在附圖中，一些元件的尺寸可能被夸大且未按比例尺繪畫以用于說明目的。所述尺寸和相對(duì)尺寸不與本公開實(shí)踐的實(shí)際減小相對(duì)應(yīng)。[0053] 在說明書和權(quán)利要求書中的第一、第二、第三等術(shù)語用來區(qū)別類似的元件，而不一定是用來描述時(shí)間、空間、等級(jí)順序或任何其它方式的順序。應(yīng)理解，在合適的情況下，如此使用的術(shù)語可互換使用，本發(fā)明所述的實(shí)施方式能夠按照除本文所述或說明的順序以外的其它順序進(jìn)行操作。[0054] 應(yīng)注意，權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包含”不應(yīng)解釋為被限制為其后列出的部分，其不排除其它元件或步驟。因此，其應(yīng)被理解為指出所述特征、集成、步驟或組分的存在，但這并不排除一種或多種其它特征、集成、步驟或組分或其組合的存在或添加。因此，表述“包含部件A和B的裝置”的范圍不應(yīng)被限制為所述裝置僅由組件A和B構(gòu)成。其表示對(duì)于本公開，所述裝置的相關(guān)組件僅為A和B。[0055] 說明書中提及的“一個(gè)實(shí)施方式”或“一種實(shí)施方式”是指就該實(shí)施方式描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，在說明書中各處出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施方式中”或“在一種實(shí)施方式中”不一定全部指同一個(gè)實(shí)施方式，但可能全部都指同一個(gè)實(shí)施方式。此外，具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適方式在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中組合，這對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。[0056] 類似地，應(yīng)理解，在本公開的示例性實(shí)施方式的描述中，本公開的不同特征有時(shí)組合成一個(gè)單一實(shí)施方式、附圖或其描述，這是為了簡(jiǎn)化公開內(nèi)容并幫助理解本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)不同方面。然而，本公開內(nèi)容中的方法不應(yīng)被理解為反映這樣一個(gè)意圖，即請(qǐng)求保護(hù)的本公開需要的特征比各權(quán)利要求中明確引用的更多。并且，如同所附權(quán)利要求所反映的那樣，發(fā)明方面包括的特征可能會(huì)少于前述公開的一個(gè)單一實(shí)施方式的全部特征。因此，具體說明之后的權(quán)利要求將被明確地納入該具體說明，并且各權(quán)利要求本身就是本公開獨(dú)立的實(shí)施方式。[0057] 此外，當(dāng)本文所述的一些實(shí)施方式包括一些但不包括其它實(shí)施方式中所包括的其它特征時(shí)，不同實(shí)施方式的特征的組合應(yīng)意在包括在本公開范圍內(nèi)，并且形成不同的實(shí)施方式，這應(yīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。例如，在之后的權(quán)利要求中，所請(qǐng)求保護(hù)的任何實(shí)施方式可以任何組合形式使用。[0058] 本文的描述中闡述了眾多的具體細(xì)節(jié)。然而應(yīng)理解，本公開的實(shí)施方式可不用這些具體細(xì)節(jié)進(jìn)行實(shí)施。在其它情況中，為了不混淆對(duì)該說明書的理解，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、步驟和技術(shù)。[0059] 提供以下術(shù)語，僅僅是為了有助于理解本公開。[0060] 在本公開的上下文中，電池單元是包括兩個(gè)電極層并且在其間具有電解質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，即，包括第一電極層/電解質(zhì)層/第二電極層堆疊體的結(jié)構(gòu)。電池可以包括單個(gè)電池單元，或者可以包括多個(gè)電池單元，例如至少兩個(gè)電池單元。電池可包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的兩個(gè)或更多個(gè)電池單元，或包括串聯(lián)和并聯(lián)連接的電池單元的組合。[0061] 在本公開的上下文中，離子嵌入電池單元是包括電極的電池單元，所述電極能夠在電池工作期間接受或釋放陽離子或陰離子。離子嵌入電池可以依賴于嵌入/脫嵌僅一種陽離子元素、多種陽離子元素、僅陰離子或陰離子和陽離子元素的混合物。離子嵌入電池單元還包括電解質(zhì)，該電解質(zhì)允許所使用的相應(yīng)離子的離子傳導(dǎo)，同時(shí)相對(duì)于所使用的電極材料是(電)化學(xué)穩(wěn)定的。[0062] 在可充電電池單元中，每個(gè)電極在放電(即，電池工作)期間具有第一極性，在充電期間具有相反的第二極性。然而，從技術(shù)上講，負(fù)極在放電期間是陽極，在充電期間是陰極。反之亦可，正極在放電期間是陰極，在為電池充電時(shí)是陽極。在本公開的上下文中，使用放電(即電池工作)的術(shù)語。此外，在文本中，陽極是指負(fù)極，陰極是指正極。通過本公開，當(dāng)稱為“陽極材料”時(shí)，其是指負(fù)極材料，并且當(dāng)稱為“陰極材料”時(shí)，其是指正極材料。

[0063] 在本公開的上下文中，復(fù)合電解質(zhì)材料是包括如下的材料：電絕緣材料，該電絕緣材料具有在電絕緣材料中產(chǎn)生或限定多個(gè)內(nèi)表面的多個(gè)孔；以及覆蓋該內(nèi)表面的層或?qū)佣询B體，該層或?qū)佣询B體含有電解質(zhì)材料。[0064] 在本公開的上下文中，活性電極材料是電池電極層的一個(gè)組件的材料。在活性電極材料中，發(fā)生了實(shí)際的電化學(xué)轉(zhuǎn)變(原子的價(jià)態(tài)或氧化態(tài)的變化)，這導(dǎo)致了化學(xué)能存儲(chǔ)在電極中。電極層通常包含活性電極材料和支承材料。[0065] 在本公開的上下文中，復(fù)合電極是包含活性電極材料和電解質(zhì)材料的混合物、以及任選的支承材料(例如，粘合劑或非活性炭)的電極。固體復(fù)合電極是包含活性電極材料和固體電解質(zhì)材料的混合物、以及任選的支承材料(例如，粘合劑或非活性炭)的電極。該復(fù)合電極可以是薄膜復(fù)合電極層，或者其可以是顆?；鶑?fù)合電極層，例如刮刀涂覆層(abladecoatedlayer)或丸粒壓制層(apressedpelletlayer)。[0066] 在本公開的上下文中，納米多孔材料是具有孔徑(孔直徑)小于100nm的孔的材料。該納米多孔材料基于其孔徑被進(jìn)一步分類為不同的類別。在本公開的上下文中，以下術(shù)語用于描述不同的納米多孔材料類別：孔徑在50nm至100nm之間的材料為“大孔”，孔徑在2nm至50nm之間的材料為“介孔”，并且孔徑小于2nm的材料為“微孔”。

[0067] 在本公開的上下文中，材料的孔隙率為材料的空隙分?jǐn)?shù)(“空的”空間的分?jǐn)?shù))。其是空隙或“空的”空間相對(duì)于材料總體積的分?jǐn)?shù)。例如，納米多孔材料的孔隙率可以通過吸附/解吸技術(shù)來確定。[0068] 在本公開的上下文中，離子液體電解質(zhì)是含有離子液體和鹽的電解質(zhì)，所述鹽含有溶解在離子液體中的用于電解質(zhì)傳導(dǎo)的離子，例如，陽離子，例如，鋰鹽含有用于電解質(zhì)+傳導(dǎo)的Li陽離子。離子液體和鹽可以包含相同的陰離子，或者其可以包含不同的陰離子。

[0069] 在本公開的上下文中，離子液體是液態(tài)的離子有機(jī)化合物或有機(jī)鹽。對(duì)于在室溫下為液態(tài)的離子液體，可以使用術(shù)語“室溫離子液體”。[0070] 現(xiàn)在通過對(duì)本公開若干實(shí)施方式的詳細(xì)說明來描述本公開。很明顯，可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)來構(gòu)建本公開的其它實(shí)施方式，而不背離本公開的技術(shù)教導(dǎo)，本公開僅受所附權(quán)利要求書的限制。[0071] 在第一方面中，本公開提供固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，其包含含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料以及覆蓋介孔電介質(zhì)材料內(nèi)表面的基本連續(xù)的不間斷電解質(zhì)層，其中電解質(zhì)層包含：含有第一偶極化合物或第一離子化合物的第一層，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包括第一極性的第一極和第二極性的第二極，所述第二極性與所述第一極性相反，其中，所述第一層吸附至內(nèi)表面上，并且第一極面對(duì)內(nèi)表面，由此(由于吸附)在第一偶極化合物或第一離子化合物中引入或改變電荷離域，并在第一偶極化合物或第一離子化合物上引入或改變分子偶極矩；以及覆蓋所述第一層的第二層，所述第二層包含含有所述第一極性的第一離子和所述第二極性的第二離子的第二離子化合物或鹽，其中，所述第二離子化合物或鹽的所述第一離子與所述第一層結(jié)合，由此(由于結(jié)合)弱化了第一離子和第二離子之間的結(jié)合，并提高第二離子的遷移率。[0072] 第一層可以用作第二層的第二極性的第二離子的離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑。第二層的第二極性的第二離子提供了固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的電解質(zhì)傳導(dǎo)。[0073] 在本公開的第一方面的一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料中，電解質(zhì)層可以在不會(huì)完全填充多個(gè)互連孔的情況下，在介孔電介質(zhì)材料的內(nèi)表面上形成涂層，產(chǎn)生了多孔固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。在本公開的第一方面的一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料中，電解質(zhì)層可以完全填充多個(gè)互連孔的至少部分。[0074] 已知的固體納米復(fù)合電解質(zhì)質(zhì)材料是包含納米結(jié)構(gòu)化的電絕緣材料(例如，氧化物，如，薄膜多孔材料，或納米顆粒基材料)和固體離子導(dǎo)體(固體電解質(zhì)材料)的固體材料，所述離子導(dǎo)體存在于納米結(jié)構(gòu)化材料的內(nèi)表面處。在該結(jié)構(gòu)中，可以在離子導(dǎo)體和絕緣材料之間的界面處得到增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)率(與“本體(bulk)”固體離子導(dǎo)體中的離子傳導(dǎo)率相比)。[0075] 為了通過包含這種固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的層達(dá)到高離子傳導(dǎo)率，優(yōu)選在整個(gè)層的絕緣材料和離子導(dǎo)體之間形成連續(xù)界面，即，絕緣材料和離子導(dǎo)體之間的界面優(yōu)選從所述層的第一表面延伸到所述層的相反的第二表面，而在其間沒有任何中斷。當(dāng)使用該復(fù)合電解質(zhì)材料作為固態(tài)離子嵌入電池中的電極層時(shí)，這允許形成在正電極和負(fù)電極之間延伸的不間斷的離子傳導(dǎo)路徑。當(dāng)使用該復(fù)合電解質(zhì)材料作為固態(tài)離子嵌入電池中的復(fù)合電極時(shí)，其可以允許增加電極厚度，導(dǎo)致電池容量增加。[0076] 大部分現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合電解質(zhì)材料是基于顆粒的。其包含許多含有電絕緣材料的(納米)顆粒，顆粒表面至少部分覆蓋有電解質(zhì)層，所述電解質(zhì)層可以是固體層或液體層。這如圖1示意性顯示，圖1顯示出含有多個(gè)顆粒11(例如，氧化物顆粒)的顆粒基復(fù)合電解質(zhì)材料10的結(jié)構(gòu)，顆粒11的表面覆蓋有電解質(zhì)層12，例如，含有純鹽電解質(zhì)的層，其為例如，單鋰鹽，如LiI或LiClO4；聚合物電解質(zhì)，例如，聚環(huán)氧乙烷(PEO)基Li離子電解質(zhì)，例如，混合在聚乙二醇(PEG)中的LiClO4；或者離子液體電解質(zhì)，例如，在BMP?TFSI離子液體中的Li?TFSI鹽。在顆粒11和電解質(zhì)層12之間的界面處，形成界面區(qū)域13，其中，對(duì)于合適的材料組合，與本體電解質(zhì)層12中的離子傳導(dǎo)率相比，可以獲得提高的離子傳導(dǎo)率。圖1中所示的虛線1示意性顯示了可以使離子通過復(fù)合材料10從一側(cè)到相對(duì)側(cè)的路徑。這顯示出在該材料中，離子傳導(dǎo)不僅僅通過界面區(qū)域13進(jìn)行，而且在相鄰顆粒11之間進(jìn)行，離子傳導(dǎo)通過具有較低離子傳導(dǎo)率的本體電解質(zhì)層12進(jìn)行，因此限制了通過顆?；鶑?fù)合材料的離子傳導(dǎo)率的提高。對(duì)于包含純固體鹽電解質(zhì)的復(fù)合電解質(zhì)材料，其中大部分固體鹽具有非常低的本體離?10 ?6 ?5子傳導(dǎo)率(例如，LiClO4為10 S/cm，LiI為10 S/cm)，觀察到高達(dá)約10 S/cm的離子傳導(dǎo)率?7

的略微提高。而且，對(duì)于具有PEO電解質(zhì)(其本體Li離子傳導(dǎo)率為約10 S/cm)的復(fù)合電解質(zhì)?4

材料，在聚合物電解質(zhì)中添加例如TiO2納米顆粒的情況下，觀察到提高高達(dá)10 S/cm。而且，在已知的含有離子液體電解質(zhì)的顆?；鶑?fù)合電解質(zhì)材料中，觀察到離子傳導(dǎo)率總是低于離子液體電解質(zhì)的本體離子傳導(dǎo)率。在包含例如納米多孔或介孔顆粒11(未顯示)的顆粒基復(fù)合電解質(zhì)材料中也是這樣。

[0077] 含有電絕緣二氧化硅基質(zhì)的固體復(fù)合電解質(zhì)材料(即，連續(xù)層代替顆粒，或換句話說：非顆粒)也是已知的，其中，(納米)孔填充有液體電解質(zhì)，例如，離子液體電解質(zhì)(例如，具有離子液體溶劑的鋰鹽)或碳酸丙烯酯電解質(zhì)(例如，具有碳酸丙烯酯溶劑的鋰鹽)。而且，對(duì)于該類型的固體復(fù)合電解質(zhì)材料，觀察到除非提供額外的表面官能化，否則離子傳導(dǎo)率低于固體離子導(dǎo)體(即，離子液體電解質(zhì))的本體離子傳導(dǎo)率。由于界面?zhèn)鲗?dǎo)增加導(dǎo)致的離子傳導(dǎo)率提高并未在沒有額外表面官能化的這些體系中觀察到。多個(gè)(納米)孔中的電解質(zhì)的納米限制本身不能提供增強(qiáng)的傳導(dǎo)率。相反，在孔壁處的剪切流導(dǎo)致液體電解質(zhì)的粘度增加，除了本體電解質(zhì)的體積減小外，這還降低了傳導(dǎo)率。[0078] 本公開一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料包含含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料(通常是非顆粒的)以及覆蓋介孔電介質(zhì)材料內(nèi)表面的基本連續(xù)的不間斷固體電解質(zhì)層(在整個(gè)固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料中)。例如，固體電解質(zhì)層可以通過吸附在電解質(zhì)(例如，離子液體電解質(zhì))的內(nèi)表面(由多個(gè)互連孔限定)上來形成。這在圖2中示意性顯示，圖2顯示了該固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料20的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。納米復(fù)合電解質(zhì)材料20包含含有多個(gè)互連孔24的介孔電介質(zhì)材料21，所述多個(gè)互連孔24限定了介孔電介質(zhì)材料21的內(nèi)表面。內(nèi)表面在整個(gè)固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料20中被連續(xù)的不間斷電解質(zhì)層22(圖2中的黑色)覆蓋。在介孔電介質(zhì)材料1和電解質(zhì)層22之間的界面處，形成界面區(qū)域23(圖2中的白色)，其中，對(duì)于合適的材料組合，與本體電解質(zhì)層22中的離子傳導(dǎo)率相比，可以獲得提高的離子傳導(dǎo)率。可以通過實(shí)驗(yàn)確定材料組合對(duì)于獲得這種增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)率的合適性。在下文的其它說明中，提供了該合適的材料組合物的實(shí)例。圖2中所示的虛線2示意性顯示了可以使離子通過復(fù)合材料20從一側(cè)到相對(duì)側(cè)的路徑。這顯示了在該材料20中，離子傳導(dǎo)僅通過界面區(qū)域23進(jìn)行，因?yàn)轭愃朴陔娊赓|(zhì)層22，界面區(qū)域23也形成了通過復(fù)合材料20從一側(cè)到相對(duì)側(cè)的連續(xù)不間斷(例如，不會(huì)向顆?；牧现心菢颖槐倔w電解質(zhì)層22“中斷”)路徑。界面區(qū)域是具有提高的離子傳導(dǎo)率的區(qū)域，與穿過本體電解質(zhì)層22的本體離子傳導(dǎo)率相比，這可以導(dǎo)致穿過納米復(fù)合電解質(zhì)層20的提高的離子傳導(dǎo)率。

[0079] 因此，當(dāng)在固態(tài)離子嵌入電池的電解質(zhì)成中使用根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的納米復(fù)合電解質(zhì)材料20，其中，如圖2示意性所示，納米復(fù)合電解質(zhì)材料20包含基本連續(xù)的不間斷電解質(zhì)層以及類似的基本連續(xù)的界面區(qū)域23，這導(dǎo)致形成在正電極和負(fù)電極之間延伸的離子傳導(dǎo)增強(qiáng)的不間斷路徑。這可以導(dǎo)致納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率高于用于電解質(zhì)層的相應(yīng)電解質(zhì)材料的本體傳導(dǎo)率。當(dāng)用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池中電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可以導(dǎo)致電池單元或電池更快的充電速率。當(dāng)用作固態(tài)離子嵌入電池單元或電池的復(fù)合電極中的電解質(zhì)層時(shí)，較高的離子傳導(dǎo)率可以允許增加電極厚度，導(dǎo)致電池單元或電池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0080] 在本公開第一方面的納米復(fù)合電解質(zhì)材料的優(yōu)選實(shí)施方式中，介孔電介質(zhì)材料的多個(gè)互連孔的孔徑或孔直徑范圍為2nm至50nm(介孔)。任選地，介孔電介質(zhì)材料可以另外包含更小的微孔，例如，孔徑小于2nm的孔。例如，介孔電介質(zhì)材料的孔隙率范圍可以是例如25％至90％，但本公開不限于此。在本公開一些實(shí)施方式的納米復(fù)合電解質(zhì)材料20中，離子傳導(dǎo)主要通過連續(xù)的固體電解質(zhì)層22和介孔電介質(zhì)材料21之間的界面區(qū)域23發(fā)生。因此，優(yōu)選內(nèi)表面積(對(duì)應(yīng)于介孔電介質(zhì)材料內(nèi)表面的總面積)盡可能大。介孔電介質(zhì)(例如，介孔二氧化硅和介孔氧化鋁)提供了最高的表面積(即，高于具有更大孔(大于50nm)的大孔材料)。

[0081] 在本公開的一些實(shí)施方式中，覆蓋介孔電介質(zhì)材料21內(nèi)表面的電解質(zhì)層22至少包括兩層，即，至少包括吸附在內(nèi)表面上的第一層和覆蓋第一層的第二層。第一層包含第一偶極化合物或第一離子化合物，例如，有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或液體金屬鹽，例如，離子液體。第二層包含第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽含有第一極性的第一離子(例如，去極化大型陰離子)以及第二極性的第二離子(例如，金屬陽離子)。電解質(zhì)層22還可以包含覆蓋第二層的至少一層附加層。至少一層附加層可以有助于為第二極性的第二離子提供提高的傳導(dǎo)。[0082] 在本公開的一些實(shí)施方式中，電解質(zhì)層22的第一層包含第一偶極化合物或第一離子化合物，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包含第一極性的第一極以及第二極性的第二極，所述第二極性與第一極性相反，其中，優(yōu)選第一極和第二極都能在分子結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)某種形式的電荷離域。例如，該電荷離域可以以元素形式存在，例如以游離電子對(duì)可獲得的σ型鍵(σ?鍵)連接到分子結(jié)構(gòu)的、或者以π型鍵(π鍵)與碳原子(C)連接的、或與氧(O)結(jié)合的硫(S)、磷(P)、氮(N)和/或氧(O)，例如TFSI分子中的S＝O鍵。或者，例如，電荷離域可以由共軛的π?π鍵提供，例如在離子液體的多種有機(jī)陽離子中的苯基型分子結(jié)構(gòu)、咪唑型分子結(jié)構(gòu)或吡啶鎓型分子結(jié)構(gòu)中。第一層吸附在內(nèi)表面上，并且第一極面對(duì)內(nèi)表面，由此引入或改變第一偶極化合物或第一離子化合物中的電荷離域，并且因此引入或改變第一偶極化合物或第一離子化合物上的分子偶極矩。第一偶極化合物或第一離子化合物優(yōu)選是大型化合物。3

例如，第一偶極化合物或第一離子化合物可以包含尺寸為至少(7nm)的陰離子和更大的陽離子，例如，尺寸為陰離子至少兩倍的陽離子，但本公開不限于此。在本公開的一些實(shí)施方式中，例如，第一偶極化合物或第一離子化合物可以是有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或金屬鹽。第一化合物可以是例如離子液體。

[0083] 在本公開的一些實(shí)施方式中，電解質(zhì)層22的第二層基本覆蓋第一層。第二層包含第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽含有第一極性的第一離子以及第二極性的第二離子。第一離子優(yōu)選大于第二離子，但本公開不限于此。第一極性的第一離子優(yōu)選能夠產(chǎn)生一些形式的電荷離域，并且第二極性的第二離子可以例如具有受限的電荷離域或不具有電荷離域，但本公開不限于此。在本公開的一些實(shí)施方式中，例如，第二極性的第二離子可以是含有單一元素的簡(jiǎn)單陽離子或含有單一元素的簡(jiǎn)單陰離子，所述含有單一元素的簡(jiǎn)+ + + 2+ ? ?單陽離子為例如Li 、Na、K或Mg ，所述含有單一元素的簡(jiǎn)單陰離子為例如Cl或F。在本公

3?

開的其它實(shí)施方式中，例如，第二極性的第二離子可以包含超過一種元素，例如，NO 或?

COO。第二層的離子化合物的第一離子與第一層結(jié)合，例如通過弱分子間力結(jié)合，與第一層的結(jié)合導(dǎo)致第二層的第一離子和第二離子之間的結(jié)合減弱，從而提高了第二離子的遷移率。第二離子的該遷移率提高與第二離子變得不再于第一離子結(jié)合或締合有關(guān)。在本公開的一些實(shí)施方式中，第一層可以用作第二層的第二極性的第二離子的離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑。第二層的第二極性的第二離子提供了固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的電解質(zhì)傳導(dǎo)。

[0084] 圖3是覆蓋有電解質(zhì)層22的電介質(zhì)材料21層的示意圖，其顯示了在第一極性是負(fù)極性并且第二極性是正極性的實(shí)施方式中的電荷離域，所述電解質(zhì)層22含有第一層221和第二層222的堆疊體，所述第一層221包含第一偶極化合物或第一離子化合物，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包含第一極性的第一極311和第二極性的第二極312，所述第二層222包含第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽包含第一極性的第一離子321和第二極性的第二離子322。在顯示陽離子傳導(dǎo)的實(shí)例中，例如，在Li離子電解質(zhì)的情況下，第二離子322(圖3所示實(shí)施方式中的陽離子)提供了離子傳導(dǎo)。第二層222結(jié)合至極化第一層211導(dǎo)致第二層222的第一離子321和第二離子322之間的結(jié)合變?nèi)?，由此提高了第二離子

322的遷移率。因此，第一層221可以用作第二層222的第二極性的第二離子322的離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑。第二層的第二極性的第二離子322提供了固體納米復(fù)合物電解質(zhì)材料的電解質(zhì)傳導(dǎo)。

[0085] 圖4是覆蓋有電解質(zhì)層22的電介質(zhì)材料21層的示意圖，其顯示了在第一極性是正極性并且第二極性是負(fù)極性的實(shí)施方式中的電荷離域，所述電解質(zhì)層22含有第一層221和第二層222的堆疊體，所述第一層221包含第一偶極化合物或第一離子化合物，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包含第一極性的第一極311和第二極性的第二極312，所述第二層222包含第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽包含第一極性的第一離子321和第二極性的第二離子322。在顯示陰離子傳導(dǎo)的實(shí)例中，例如，在氯電解質(zhì)的情況下，第二離子322(圖4所示實(shí)施方式中的陰離子)提供了離子傳導(dǎo)。第二層222結(jié)合至極化第一層211導(dǎo)致第二層222的第一離子321和第二離子322之間的結(jié)合變?nèi)?，由此提高了第二離子322的遷移率。因此，第一層221可以用作第二層222的第二極性的第二離子322的離子傳導(dǎo)促進(jìn)劑。第二層的第二極性的第二離子322提供了固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的電解質(zhì)傳導(dǎo)。

[0086] 圖5是覆蓋有電解質(zhì)層22的電介質(zhì)材料21層的示意圖，其顯示了在第一極性是負(fù)極性并且第二極性是正極性的實(shí)施方式中的電荷離域，例如，其中第二層的第二離子化合物和第一層的第一偶極化合物或第一離子化合物之間的摩爾比不是1，更具體地說在所示實(shí)例中是1:2，所述電解質(zhì)層22含有第一層221和第二層222的堆疊體，所述第一層221包含第一偶極化合物或第一離子化合物，所述第一偶極化合物或第一離子化合物包含第一極性的第一極311和第二極性的第二極312，所述第二層222包含第二離子化合物或鹽，所述第二離子化合物或鹽包含第一極性的第一離子321和第二極性的第二離子322。這僅是一個(gè)實(shí)例，并且可以使用其它摩爾比，例如1:3至1:5，但本公開不限于此。摩爾比小于1的優(yōu)點(diǎn)在于其可以導(dǎo)致第二層222的第二極性的第二離子322的遷移率提高，并且因此離子傳導(dǎo)率提高。然而，該摩爾比越小，可獲得的第二離子的量越小，這些第二離子之間的距離越大，這可能導(dǎo)致離子傳導(dǎo)率下降。因此，可能存在對(duì)于第二層的第二離子化合物或鹽與第一層的第一偶極化合物或第一離子化合物之間摩爾比的最佳狀態(tài)。該最佳比率可以以實(shí)驗(yàn)方式確定。[0087] 在本公開的一些實(shí)施方式中，其中，電解質(zhì)層22包含覆蓋第二層的至少一層附加層，所述至少一層附加層優(yōu)選適用于或者適應(yīng)于第二層的第二離子化合物或鹽的第二極性的第二離子的溶劑化和傳導(dǎo)。換言之，該至少一層附加的層優(yōu)選是第二層的第二離子化合物或鹽的第二極性的第二離子的溶劑或?qū)w。該至少一層附加層可以用作第二層的第二離子化合物或鹽的第二極性的第二離子的一種“溶劑”層，即，其還可以促進(jìn)(提高)這些第二離子移動(dòng)穿過納米復(fù)合電解質(zhì)材料，由此提高穿過納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率。例如，所述至少一層附加層可以包含與第二層相同的第二離子化合物或鹽，但本公開不限于此。[0088] 圖6是可以在本公開的實(shí)施方式中使用的覆蓋有電解質(zhì)層22的二氧化硅層21表面的示意圖，所述電解質(zhì)層22包括第一層221和第二層22的堆疊體。在圖6所示的實(shí)例中，氧化硅(二氧化硅)層21具有OH?封端的表面，第一層221包含離子液體(第一離子化合物)，更具?體地說是[BMP]TFSI(1?丁基?1?甲基吡咯烷鎓[BMP+]雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺[TFSI])?

離子液體，并且第二層222包含TFSI (雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺)陰離子(負(fù)極性的第一+

離子)和Li陽離子(正極性的第二離子)。第一層221吸附在二氧化硅層表面，并且負(fù)極性的?

第一極面([TFSI])對(duì)表面。第二層222覆蓋第一層221，并且通過其負(fù)極性的第一離子結(jié)合到第一層。

[0089] 圖7是可以在本公開的實(shí)施方式中使用的覆蓋有電解質(zhì)層22的二氧化硅層21表面的示意圖，所述電解質(zhì)層22包括第一層221、第二層22和附加層223的堆疊體。[0090] 本公開不限于圖6和圖7所示的實(shí)例。其它第一偶極化合物或第一離子化合物可以用于形成第一層，并且/或者其它第一離子和第二離子可以包含在第二層中。例如，第一偶極化合物或第一離子化合物可以是有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或金屬鹽。例如，第一偶極+ ?化合物或第一離子化合物可以是有機(jī)液體，例如[BMP][TFSI ](丁基?1?甲基吡咯烷鎓雙+ ?

(三氟甲基磺酰基)酰亞胺,[BMI][TFSI](1?丁基(buthyl)?3?甲基咪唑鎓雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺；有機(jī)鹽，例如1?丁基(buthyl)?3?甲基氯化咪唑鎓(Tm342K)、1?乙基?3?甲基?咪唑鎓硝酸鹽(Tm311K)或1?甲基?3?甲基?咪唑鎓四氟硼酸鹽(Tm377K)；或無機(jī)鹽，例如，?

氯鋁酸鹽或LiF?BeF2，但本公開不限于此，可以是第二層一部分的第一離子的實(shí)例為ClO4 、? ? ? ?

BF4 、PF6、TFSI 和BETI (雙(五氟乙烷磺?；?酰亞胺)，但本公開不限于此。在本公開的一+ + + 2+ 2+ 2

些實(shí)施方式中，例如，第二層的第二離子可以是金屬陽離子，例如Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu+ 3+ 2+ 2+

、Al 、Co 或Ni ，但本公開不限于此。

[0091] 圖8顯示了不同固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料測(cè)得的歸一化離子傳導(dǎo)率，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料含有氧化物材料以及氧化物材料內(nèi)表面上提供的離子液體電解質(zhì)體積。該圖顯示了對(duì)于三種類型的材料，相對(duì)于相應(yīng)離子液體電解質(zhì)的本體離子傳導(dǎo)率歸一化的離子傳導(dǎo)率與每個(gè)總氧化物表面積(即，可以在其上提供(例如，涂覆)離子液體電解質(zhì)的氧化物材料內(nèi)表面的總面積)的離子液體電解質(zhì)體積之間的函數(shù)關(guān)系。曲線(a)(實(shí)心圓)顯示了包含無孔或基本上無孔的納米顆粒的納米顆?；鶑?fù)合電解質(zhì)所測(cè)量的歸一化離子傳導(dǎo)率。顯示出相對(duì)于不同納米顆粒尺寸(7nm至80nm)，含有二氧化硅納米顆?；蜓趸X納米顆粒的復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)果。在該納米顆?；鶑?fù)合電解質(zhì)中，離子傳導(dǎo)部分地通過電解質(zhì)層的本體(bulk)進(jìn)行(如圖1所示)，因此在氧化物和電解質(zhì)層之間的界面處增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)對(duì)總離子傳導(dǎo)率的影響可忽略不計(jì)。曲線(b)(空心方塊和空心三角形)顯示了包含介孔微粒的介孔微?；鶑?fù)合電解質(zhì)所測(cè)量的歸一化離子傳導(dǎo)率?？招姆綁K顯示包含孔徑為4nm的介孔氧化鋁顆粒的復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)果；空心三角形顯示包含孔徑為3nm的MOF(金屬?有機(jī)骨架)顆粒的復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)果。雖然在該介孔微粒基復(fù)合電解質(zhì)材料中，總內(nèi)表面面積可以大于基于非多孔顆粒的材料，而且，在該類型的材料中，離子傳導(dǎo)部分地通過電解質(zhì)層的本體(bulk)進(jìn)行(類似于圖1所示的那樣)，導(dǎo)致在氧化物和電解質(zhì)層之間的界面處增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)對(duì)總離子傳導(dǎo)率的影響可忽略不計(jì)。曲線(c)(實(shí)心菱形)顯示了根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料所測(cè)量的歸一化離子傳導(dǎo)率，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料包含含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料(連續(xù)的，基本上不間斷的介孔基質(zhì))，例如，如圖2所示。顯示了包含BMP?TFSI離子液體的復(fù)合電解質(zhì)和包含BMI?TFSI離子液體的復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)果。

[0092] 假設(shè)整個(gè)離子液體體積將被涂覆并均勻分布在可用的內(nèi)表面區(qū)域上，則每個(gè)總氧化物表面積的離子液體電解質(zhì)體積等于電介質(zhì)材料內(nèi)表面上的電解質(zhì)層的理論涂層厚度。圖8中所示的數(shù)據(jù)顯示出：理論上需要厚度約為10nm的離子液體電解質(zhì)涂層，以達(dá)到基本上無孔納米顆粒(a)以及厚度為5nm的介孔微粒(b)的離子液體電解質(zhì)的體積傳導(dǎo)率的一半。

對(duì)于包含本公開一些實(shí)施方式的連續(xù)介孔電介質(zhì)材料的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，厚度小于2nm的離子液體涂層將是足夠的。此外，圖8所示結(jié)構(gòu)顯示出，對(duì)于復(fù)合顆?；牧?a)和(b)，離子傳導(dǎo)率并未超過本體離子傳導(dǎo)率。然而，對(duì)于介孔連續(xù)基質(zhì)基材料(c)，可以超過本體傳導(dǎo)率(依賴于相對(duì)離子液體電解質(zhì)體積)。這說明離子傳導(dǎo)率的界面增強(qiáng)確實(shí)存在，并且其對(duì)于根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的總離子傳導(dǎo)率具有正面影響。

[0093] 與顆?；牧?a)和(b)相反，在本公開的材料(c)中，如果電解質(zhì)層在介孔電介質(zhì)材料內(nèi)表面上形成連續(xù)的、基本不間斷的涂層，則可以獲得增強(qiáng)的總離子傳導(dǎo)率。電解質(zhì)涂層的任何中斷都可能導(dǎo)致離子傳導(dǎo)路徑中斷，從而導(dǎo)致連接的孔的數(shù)量減少，由此導(dǎo)致總離子傳導(dǎo)率下降?？盏目撞粫?huì)有助于離子傳導(dǎo)。因此，優(yōu)選內(nèi)表面的大部分、優(yōu)選所有內(nèi)表面均涂覆或覆蓋有電解質(zhì)層。在優(yōu)選實(shí)施方式中，電解質(zhì)層含有一些單層，例如，至少兩層至三層的單層，但本公開不限于此。在一些實(shí)施方式中，孔可以用電解質(zhì)完全填充，例如，取決于孔徑和電解質(zhì)單層厚度。[0094] 進(jìn)一步的要求是電介質(zhì)基質(zhì)(例如，二氧化硅)和涂覆在其內(nèi)表面上的電解質(zhì)層之間的相互作用提供了離子傳導(dǎo)增強(qiáng)。電介質(zhì)和電解質(zhì)材料的任何組合都不是這樣的。例如，實(shí)驗(yàn)顯示(XubinChen等人，“用于鋰離子電池的100nm薄膜固體復(fù)合電解質(zhì)(100nmThin?FilmSolid?CompositeElectrolyteforLithium?IonBatteries)”，先進(jìn)材料界面(Adv.Mater.Interfaces)2017，1600877)疏水性孔表面(例如CD二氧化硅中甲基(CH3?)封端的孔表面)不能為L(zhǎng)iClO4和PEG(聚乙二醇)的混合物提供離子傳導(dǎo)增強(qiáng)。顯示出由于多孔二氧化硅結(jié)構(gòu)中電解質(zhì)的粘度——與傳導(dǎo)率成反比——增加，鋰離子傳導(dǎo)率低于純LiClO4?PEG聚合物電解質(zhì)?？梢砸詫?shí)驗(yàn)方式確定提供離子傳導(dǎo)增強(qiáng)的電介質(zhì)材料和電解質(zhì)層的合適組合。[0095] 在第二方面中，本公開提供了一種固體納米復(fù)合電解質(zhì)層，其含有本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。固體納米復(fù)合電解質(zhì)層可以設(shè)置在基材上。例如，基材可以包括半導(dǎo)體材料(例如，硅)、金屬(例如，金屬箔)、碳納米片、塑料箔或陶瓷材料如硅酸鹽，但本公開不限于此?；目梢园ú煌瑢拥亩询B體，或者由不同層的堆疊體組成。例如，本公開第二方面的固體納米復(fù)合電解質(zhì)層用作離子嵌入電池的固體電解質(zhì)層時(shí)，基材可以包括載體基材(例如，硅載體基材)以及設(shè)置于其上的電極層和集電層。[0096] 在本公開第二方面的有利實(shí)施方式中，固體納米復(fù)合電解質(zhì)層包含多個(gè)互連孔，其從層的第一表面?zhèn)?例如，面對(duì)基材的表面)不間斷地延伸到與第一層相反的第二表面?zhèn)?例如，第二表面?zhèn)仁浅h(yuǎn)離基材的層表面)而沒有中斷的，并且連續(xù)的、基本不間斷的電解質(zhì)層覆蓋該層的內(nèi)表面，其中，電解質(zhì)層從納米復(fù)合電解質(zhì)層的第一表面?zhèn)炔婚g斷地延伸到第二表面?zhèn)取Ｓ欣氖?，這導(dǎo)致形成用于納米復(fù)合電解質(zhì)層的相對(duì)表面之間離子傳導(dǎo)增強(qiáng)的連續(xù)路徑。這可能導(dǎo)致穿過納米復(fù)合電解質(zhì)層(例如，在電池單元或電池的第一電極層和第二電極層之間)的離子傳導(dǎo)率高于僅由電解質(zhì)層組成的本體電解質(zhì)層的本體傳導(dǎo)率。[0097] 在第三方面中，本公開提供了一種復(fù)合離子嵌入電極，其含有本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料和活性電極材料的混合物。復(fù)合離子嵌入電極可以是薄膜電極，例如，用作薄膜固態(tài)離子嵌入電池中的電極層。在其它實(shí)施方式中，復(fù)合離子嵌入電極可以是顆?；蛲枇；姌O，例如，例如，用作顆粒基(“陶瓷”)固態(tài)離子嵌入電池單元或電池中的電極層。[0098] 在第四方面中，本公開提供了一種固態(tài)電池單元和固態(tài)電池，其含有本公開第二方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)層。固態(tài)電池可以是薄膜電池或陶瓷電池。[0099] 在第五方面中，本公開提供了一種固態(tài)電池單元和固態(tài)電池，其含有本公開第三方面的實(shí)施方式所述的復(fù)合離子嵌入電極。固態(tài)電池可以是薄膜電池或陶瓷電池。[0100] 在第六方面中，本公開提供了用于形成本公開第一方面的實(shí)施方式所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料方法。根據(jù)第六方面的用于形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的方法包括：獲得(提供、形成)含有電介質(zhì)材料前體、第一偶極化合物或第一離子化合物、第二離子化合物或鹽、去離子水和溶劑(優(yōu)選醇)的溶液；通過誘導(dǎo)溶液的凝膠化將溶液轉(zhuǎn)化為固體材料，從而形成凝膠；以及然后使該凝膠干燥以形成固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料。

[0101] 在本公開第六方面所述的方法的有利實(shí)施方式中，電介質(zhì)材料前體可以是二氧化硅前體或氧化鋁前體或它們的混合物；第一偶極化合物和第一離子化合物可以是有機(jī)鹽、有機(jī)絡(luò)合物、共晶鹽或液體金屬鹽，例如，離子液體；并且第二離子化合物或鹽可以包含金+屬鹽，所述金屬鹽含有金屬陽離子和去極化大型陰離子，所述金屬陽離子為例如選自Li 、+ + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ ? ? ?

Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述去極化大型陰離子為例如選自ClO4 、BF4 、PF6、? ?

TFSI和BETI，但本公開不限于此。

[0102] 本公開第六方面的方法的優(yōu)點(diǎn)在于其僅需要單個(gè)制造步驟，更具體地說，單個(gè)的基于溶膠?凝膠的制造步驟，從而同時(shí)形成介孔電介質(zhì)材料和覆蓋其內(nèi)表面的電解質(zhì)層。換言之，不需要首先形成含有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料、并且隨后用電解質(zhì)層覆蓋介孔電介質(zhì)材料的內(nèi)表面。不同的是，這些步驟可以組合在單個(gè)溶膠?凝膠制造步驟中。形成具有多個(gè)互連孔的介孔電介質(zhì)材料并用電解質(zhì)層涂覆其內(nèi)表面可以同時(shí)進(jìn)行，即，組合在單個(gè)制造步驟中。[0103] 使用溶膠?凝膠納米復(fù)合電解質(zhì)制造工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其可以用納米復(fù)合電解質(zhì)浸漬電池單元電極，例如，顆?；蛲枇；姌O，從而形成包含活性電極材料和固體納米復(fù)合電解質(zhì)的混合物的復(fù)合電極。其允許形成致密的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谌苣z?凝膠方法中所用的凝膠化和干燥工藝通常意味著收縮。因此，使用該方法，可以制備具有高體積百分比的活性電極材料的非常致密的電極，獲得具有高能量密度的電極。[0104] 使用本公開第六方面的一些實(shí)施方式的方法，當(dāng)溶液中相對(duì)量(相對(duì)于電介質(zhì)材料前體的量)的電解質(zhì)材料超過x的某個(gè)閾值x閾值(其中，x是指一方面的第一離子化合物或第一偶極化合物和第二離子化合物或鹽的摩爾量之和與另一方面的電介質(zhì)材料前體的摩爾量之間的摩爾比)時(shí)，可以形成覆蓋(而不中斷)電介質(zhì)材料內(nèi)表面的連續(xù)的不間斷表面電解質(zhì)層或涂層。該閾值x閾值取決于所使用的第一偶極化合物或第一離子化合物的類型以及第二離子化合物或鹽(例如鋰鹽)的類型和濃度。為了使x的值進(jìn)一步增加到大于閾值x閾值，仍然可以實(shí)現(xiàn)形成覆蓋內(nèi)表面而不間斷的連續(xù)不間斷表面電解質(zhì)層，但是當(dāng)x超過某個(gè)臨界值x臨界時(shí)，離子液體電解質(zhì)含量可能過高而無法形成這樣的不間斷層。在高于x臨界的x值下，介孔電介質(zhì)材料的形成可能會(huì)被阻止，而是可能會(huì)形成具有較大孔且表面積較小的電介質(zhì)材料(導(dǎo)致較小的離子傳導(dǎo)率)，或者可以在離子液體電解質(zhì)內(nèi)形成不連續(xù)的電介質(zhì)顆粒。對(duì)于所選的材料組合，可以以實(shí)驗(yàn)方式確定x閾值和x臨界的值。[0105] 添加到二氧化硅溶膠?凝膠化合物中的電解質(zhì)材料的本體形式(bulkform)可以是液體或固體。其可以包括第二離子化合物或鹽(例如金屬鹽，如鋰鹽)以及溶劑化介質(zhì)或分子(第一偶極化合物或第一離子化合物)[例如有機(jī)鹽(例如，離子液體)或聚合物(聚乙二醇或PEG或其衍生物)，其分別是在離子液體電解質(zhì)(ILE)和聚合物電解質(zhì)(聚環(huán)氧乙烷或PEO電解質(zhì))中的溶劑化介質(zhì)]的混合物。在優(yōu)選實(shí)施方式中，溶劑化介質(zhì)具有形成配位鍵以使金屬陽離子(例如，Li+離子)穩(wěn)定的能力，但締合非常弱，因此，金屬陽離子例如，Li+離子)可以輕松地從一個(gè)配位點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)配位點(diǎn)。[0106] 根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料可以借助于“單步”溶膠?凝膠工藝來形成。例如，可以通過首先提供包含二氧化硅前體(例如TEOS或PEOS，但本公開不限于此)、溶劑(例如，1?甲氧基?2?丙醇或PGME，但本公開不限于此)、鋰鹽(例如，LiTFSI或LiClO4，但本公開不限于此)、H2O和致孔劑(其也用于鋰離子溶劑化)和/或表面?zhèn)鲗?dǎo)促進(jìn)劑(例如[BMP][TFSI]或PEG)的溶液來形成包含介孔二氧化硅材料和鋰離子基電解質(zhì)的納米復(fù)合電解質(zhì)材料。在該溶液中，Li鹽可以用作催化劑。這意味著，與大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)解決方案不同，不需要向前體溶液中添加酸性組分，其優(yōu)點(diǎn)在于，這可以導(dǎo)致與其上可以提供固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料的多種類型基材(例如，電極層)的相容性得到改善。有機(jī)鹽可以用作致孔劑和鋰離子溶劑化介質(zhì)。固化可以在低溫下進(jìn)行，例如在低于120℃的溫度下進(jìn)行。然而，這僅是實(shí)例，本公開不限于此。[0107] 例如，對(duì)于鋰離子基材料，溶液可以包含：[0108] ?第二離子化合物或鹽，例如：雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰(LiTFSI)鋰鹽，或其他鋰鹽，例如高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲磺酸鋰、三(全氟乙基)三氟磷酸鋰、氟代烷基硼酸鋰或雙作用分離(achtungtrennung)(草酸)硼酸鋰，但本公開不限于此；[0109] ?去離子H2O；[0110] ?第一偶極化合物或第一離子化合物，例如：N?丁基,N?甲基吡咯烷鎓雙(三氟甲磺?；?酰亞胺([BMP][TFSI])離子液體，所述離子液體可具有有機(jī)或無機(jī)陰離子，例如六氟磷酸根、四氟硼酸根、三氟甲磺酸根、甲苯磺酸根、硝酸根、甲磺酸根、辛基硫酸根或高氯酸根，但本公開不限于此；以及陽離子，例如咪唑鎓、鏻基、銨、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、锍基、三唑鎓、噻唑鎓、吡咯烷鎓、苯并咪唑鎓，其中，陽離子上的H可以被有機(jī)基團(tuán)例如丁基、甲基或乙基取代，但本公開不限于此；在優(yōu)選實(shí)施方式中，選擇在合成條件下和在電池運(yùn)行條件下均(電)化學(xué)穩(wěn)定的陰離子/陽離子組合；[0111] ?電介質(zhì)材料前體，例如，烷基硅酸鹽前體原硅酸四乙酯(TEOS)，或另一種硅酸鹽前體，例如四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、雙(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、乙烯基三乙氧基硅烷或氨基丙基三甲氧基硅烷，但本公開不限于此；以及[0112] ?溶劑，例如，1?甲氧基?2?丙醇(PGME)，或另一種醇，例如甲醇、乙醇或異丙醇，但本公開不限于此。[0113] 在有利的實(shí)施方式中，離子液體(第一偶極化合物或第一離子化合物)與烷基硅酸鹽前體(電介質(zhì)材料前體)之間的摩爾比范圍可以為例如0.1至2；H2O與烷基硅酸鹽前體之間的體積比范圍可以為約1；鋰鹽(第二離子化合物或鹽)與離子液體的摩爾比范圍可以為0.1至1；離子液體和溶劑之間的重量比范圍可以為0.1至2。該溶液可以不含酸組分。然而，本公開不限于此，并且可以使用其它比率以及溶液組成。

[0114] 例如，為溶膠?凝膠法提供溶液的步驟可以包括：將Li?TFSI、H2O、BMP?TFSI、TEOS和PGME依續(xù)提供至玻璃容器中。可以使用將不同化學(xué)品添加到溶液中的任何順序。例如，可以提供0.22gLi?TFSI、0.75mlH2O、0.97gBMP?TFSI、0.5mlTEOS和1mlPGME。提供溶液的步驟之后是凝膠化步驟，然后進(jìn)行干燥步驟。凝膠化可以例如包括使溶液在環(huán)境溫度(或例如在0℃至60℃之間的溫度)下保持幾天，例如四到六天，直到形成凝膠，即，直到溶液轉(zhuǎn)化?3為凝膠。干燥步驟可例如包括例如在低于10 毫巴的壓力下，在90℃至150℃之間的溫度下，將凝膠放入真空烘箱中約48小時(shí)。在實(shí)施干燥步驟之前，可以實(shí)施預(yù)烘烤步驟，例如在80℃下在真空中進(jìn)行數(shù)小時(shí)，以蒸發(fā)掉大部分水分子和有機(jī)溶劑。然后，烘烤步驟導(dǎo)致去除了殘留的水分子以及使二氧化硅材料固化，從而使二氧化硅材料凝固。然而，這僅是實(shí)例，本公開不限于此?？梢允褂闷渌芤航M成、其它膠凝化條件和其它干燥條件。

[0115] 可用于制備鋰離子離子液體電解質(zhì)的室溫離子液體(即，在室溫下為液態(tài)的離子液體)的實(shí)例為：N?丁基,N?甲基吡咯烷鎓雙(三氟甲磺?；?酰亞胺([BMP][TFSI])1?丁基,3?甲基咪唑鎓雙(三氟甲磺?；?酰亞胺([BMI][TFSI])。然而，本公開不限于此，并且可以使用其它離子液體。例如，可以使用熔點(diǎn)Tm高于室溫的離子液體(即，在室溫下為固體的離子液體)，例如，基于Na離子或Mg離子的離子液體電解質(zhì)。一些實(shí)例是：1?丁基?3?甲基氯化咪唑鎓(Tm69℃)、1?乙基?3?甲基咪唑鎓硝酸鹽(Tm38℃)和1?甲基3?甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽(Tm104℃)。

[0116] 無機(jī)鹽在較高溫度下也可以是液體(并用于溶解其它金屬鹽)，并且通常表示為“熔融鹽”。實(shí)例是：氯鋁酸鹽和LiF?BeF2。還存在稱為“低共熔鹽”和“液態(tài)金屬鹽”的特定混合物，例如與N?甲基乙酰胺混合的硝酸鋰以及與甘醇二甲醚混合的雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰。[0117] 所有這些材料都可以用作離子電解質(zhì)，以添加到用于制造根據(jù)本公開一些實(shí)施方式所述的納米復(fù)合電解質(zhì)材料的一步溶膠?凝膠混合中。[0118] 下文提供了實(shí)施例，其舉例說明了其中使用根據(jù)本發(fā)明第六方面實(shí)施方式的方法來形成本發(fā)明第一方面和第二方面所述的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料和固體納米復(fù)合電解質(zhì)層的實(shí)驗(yàn)。提供這些實(shí)施例用于解釋本公開的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式，并且有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員還原本公開內(nèi)容以進(jìn)行實(shí)踐。然而，這些實(shí)施例不應(yīng)被解釋為以任何方式對(duì)本公開進(jìn)行限制。[0119] 根據(jù)本公開實(shí)施方式制造了納米復(fù)合電解質(zhì)材料。在第一實(shí)驗(yàn)中，將含有0.5mlTEOS、0.5mlH2O、1mlPGME、Li?TFSI鋰鹽和[BMP][TFSI]離子液體的溶液用作溶膠?凝膠法的基礎(chǔ)。在第二實(shí)驗(yàn)中，將含有0.5mlTEOS、0.5mlH2O、1mlPGME、Li?TFSI鋰鹽和[BMI][TFSI]離子液體的溶液用作溶膠?凝膠法的基礎(chǔ)。在兩種情況下，鋰鹽與離子液體之間的摩爾比為0.34，并且離子液體電解質(zhì)與TEOS前體之間使用不同的摩爾比x，更具體地說x為：0.1、0.25、0.5、1.0和1.5。膠凝化后，使凝膠在120℃下進(jìn)行干燥。

[0120] 圖9顯示了對(duì)于如下不同離子液體，由所制造的固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料測(cè)得的歸一化離子傳導(dǎo)率(相對(duì)于相應(yīng)離子液體電解質(zhì)的本體離子傳導(dǎo)率進(jìn)行歸一化)與摩爾比x(如上所述)之間的函數(shù)關(guān)系：與Li?TFSI鹽結(jié)合的[BMI][TFSI](菱形)和[BMP][TFSI](正形)。從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：對(duì)于所示的實(shí)施例，相對(duì)于摩爾比x(x閾值)存在一個(gè)下限，大于該下限可實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)率的提高。低于該下限，測(cè)定出離子傳導(dǎo)低于通過本體電解質(zhì)層的離子傳導(dǎo)。這可能表明需要最小摩爾比以使介孔二氧化硅材料的內(nèi)表面完全覆蓋，即，在介孔二氧化硅材料的內(nèi)表面上形成連續(xù)且基本不間斷的電解質(zhì)層。在所示實(shí)施例中，基于[BMI][TFSI]的納米復(fù)合電解質(zhì)材料獲得了最高的離子傳導(dǎo)率增強(qiáng)。[0121] 圖10顯示對(duì)于在添加有鋰鹽的溶膠?凝膠前體溶液中離子液體電解質(zhì)與二氧化硅+ ? + ?的不同摩爾比x(0.34摩爾[Li][TFSI ]每1[BMP][TFSI ])(實(shí)心符號(hào))以及對(duì)于離子液體溶液中的純或本體鋰鹽(空心圓圈)，由使用溶膠?凝膠法制造的納米復(fù)合電解質(zhì)材料所測(cè)量的離子傳導(dǎo)率值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系。圖10示出了x＝0.25(實(shí)心三角形)、x＝1(實(shí)心菱形)和對(duì)于x＝1.5(實(shí)心方形)的離子傳導(dǎo)率值。對(duì)于本體離子液體電解質(zhì)(空心圓)，取決于電解質(zhì)材料的相，可以在離子傳導(dǎo)率的溫度依賴性方面觀察到不同的狀況：對(duì)于高于熔融溫度Tm的溫度，離子液體電解質(zhì)是一種液體材料；對(duì)于低于完全凝固溫度Tmh的溫度，其是一種固體材料；對(duì)于介于Tm和Tmh之間的溫度，其處于介觀相(即，在完全液體和完全固態(tài)之體的相)。

[0122] 圖11顯示對(duì)于在添加有鋰鹽的溶膠?凝膠前體溶液中離子液體電解質(zhì)與二氧化硅+ ? + ?的不同摩爾比x(0.34摩爾[Li][TFSI ]每1[BMI][TFSI ])(實(shí)心符號(hào))以及離子液體溶液中的純或本體鋰鹽(空心圓圈)，由使用溶膠?凝膠法制造的納米復(fù)合電解質(zhì)材料所測(cè)量的離子傳導(dǎo)率值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系。顯示了x＝0.1(實(shí)心三角形)、x＝0.25(實(shí)心菱形)和對(duì)于x＝1(實(shí)心方形)的離子傳導(dǎo)率值。

[0123] 參考曲線代表本體離子液體電解質(zhì)(圖10中的[BMP+][TFSI?]離子液體和[Li+]? + ? + ?[TFSI]鹽；圖11中的[BMI][TFSI]離子液體和[Li][TFSI]鹽)的離子傳導(dǎo)率與溫度相關(guān)性)，它顯示與液體電解質(zhì)(ILE)相有關(guān)的不同區(qū)域：在ILE為液體的高于熔點(diǎn)(Tmp)的第一區(qū)域；低于熔點(diǎn)但高于完全凝固溫度Tmph的第二區(qū)域和ILE為固體的低于完全凝固溫度的第三區(qū)域。在第二區(qū)域中，ILE處于介觀相，即，在完全液體和完全固體之間的相。這與在不同溫度下凝固的離子液體混合物的分子之間存在多個(gè)分子鍵有關(guān)。當(dāng)一個(gè)鍵影響其它分子相互作用時(shí)，會(huì)在一個(gè)溫度范圍而不是一個(gè)獨(dú)特的溫度下發(fā)生凝固。在圖10和圖11所示的結(jié)果中，對(duì)于納米復(fù)合電解質(zhì)材料，在較低的x值范圍內(nèi)觀察到相似的離子傳導(dǎo)率溫度依賴性，所述納米復(fù)合電解質(zhì)材料包含內(nèi)表面涂覆有電解質(zhì)層的介孔電介質(zhì)材料。對(duì)于該x值范圍，納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率低于相應(yīng)本體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率。但是，較高的x值范圍可以觀察到不同的離子傳導(dǎo)率溫度依賴性，這表明在所示的整個(gè)溫度范圍內(nèi)均存在介觀相(mesophase)。在該x值范圍內(nèi)，納米復(fù)合電解質(zhì)材料的離子傳導(dǎo)率高于相應(yīng)本體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率。這表明存在x的閾值x閾值，大于該閾值可實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)率的增加。該閾值x閾值+ ? + ?

取決于所使用的材料。例如，[BMP][TFSI](圖10)的x閾值小于1.5但高于1；[BMI][TFSI ](圖11)的x閾值小于1但高于0.25。對(duì)于其他材料組合，可以根據(jù)不同x值下離子傳導(dǎo)率溫度依賴性測(cè)量值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)確定閾值x閾值。

[0124] 圖10和圖11顯示了電解質(zhì)材料的結(jié)果，其中，使用0.34的[Li+][TFSI?](一方面)和+ ? + ?[BMP ][TFSI]或[BMI ][TFSI](另一方面)之間的摩爾比，這對(duì)應(yīng)于本體離子液體電解質(zhì)+ ?

中1M的鋰離子濃度。針對(duì)[BMP][TFSI]離子液體基材料的其它摩爾比進(jìn)行了額外的實(shí)驗(yàn)。

表1中顯示了x＝1和x＝1.5的結(jié)果。作為參考，表1還顯示了相應(yīng)本體離子液體電解質(zhì)(ILE)的離子傳導(dǎo)率值。

[0125][0126] 表1[0127] 觀察到，通過在表1所示的范圍內(nèi)增加[Li+][TFSI?]的濃度(通過增加Li鹽與離子+ ? + ?液體之間的摩爾比)，[Li][TFSI ]+[BMP][TFSI]混合物(本體離子液體電解質(zhì))從液態(tài)經(jīng)粘性態(tài)(漿狀質(zhì)地)變?yōu)檐浌腆w(軟蠟質(zhì)地)。(使用根據(jù)本公開的溶膠?凝膠法)用這些組合還制備了固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料，所述固體納米復(fù)合電解質(zhì)材料包含二氧化硅介孔材料以及覆蓋其內(nèi)表面的相應(yīng)電解質(zhì)層。例如，對(duì)于x＝1和(1：1)的Li與離子液體的摩爾比，獲得了比本體ILE略高的離子傳導(dǎo)率，這也表明在這種情況下獲得了界面?zhèn)鲗?dǎo)率增強(qiáng)效果。結(jié)果表明，x閾值的值不僅取決于所使用的材料(如圖10和圖11所示)，而且取決于溶膠?凝膠溶液中所用離子液體和Li之間的比率。對(duì)于其他比率，可以以實(shí)驗(yàn)方式確定閾值x閾值。

[0128] 在根據(jù)本公開一些實(shí)施方式的實(shí)施方式中，優(yōu)選選擇良好地溶解在電介質(zhì)材料前體中、不會(huì)與水或醇反應(yīng)、在高達(dá)至少180℃下是熱穩(wěn)定的、具有寬電化學(xué)窗口和高本征離子傳導(dǎo)率(intrinsicionicconductivity)的有機(jī)鹽。在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述液體鹽用作致孔劑。有機(jī)鹽可以在室溫下是液體的，并且其熔融溫度可以高于室溫。[0129] 當(dāng)選擇鋰鹽時(shí)，優(yōu)選選擇具有可極化大型陰離子的鹽。具有可極化大型陰離子的+優(yōu)點(diǎn)在于其與Li的締合減少，這可導(dǎo)致Li鹽的溶劑化得到改善。

[0130] 上述說明詳細(xì)描述了本公開的某些實(shí)施方式。但是應(yīng)理解，不管前述內(nèi)容在文本中顯得多么詳盡，都可以多種方式實(shí)施本發(fā)明。應(yīng)注意，當(dāng)描述本公開某些特征或方面時(shí)特定術(shù)語的使用不應(yīng)理解為表示該術(shù)語在此被重新限定為局限于包括與該術(shù)語相關(guān)的本公開特點(diǎn)或方面的任何特定特征。[0131] 應(yīng)理解，雖然本文已對(duì)本公開器件的優(yōu)選實(shí)施方式、特定構(gòu)造和構(gòu)型以及材料進(jìn)行了討論，可對(duì)形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變或修改，而不背離本公開的范圍。例如，可以使本公開范圍內(nèi)的所述方法的步驟增加或減少。