固体纳米复合电解质材料

权利要求书： 1.一种固体纳米复合电解质材料(20)，其包含：

含有多个互连孔(24)的介孔电介质材料(21)，所述多个互连孔(24)限定了介孔电介质材料(21)的内表面；以及覆盖内表面的电解质层(22)；

其中，所述电解质层(22)包含：

含有第一偶极化合物或第一离子化合物的第一层(221)，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包括第一极性的第一极(311)和第二极性的第二极(312)，所述第二极性与所述第一极性相反，其中，所述第一层(221)吸附至内表面上，并且第一极(311)面对内表面；由此，在第一偶极化合物或第一离子化合物中引入或改变电荷离域，并在第一偶极化合物或第一离子化合物上引入或改变分子偶极矩，其中，第一偶极化合物或第一离子化合物包含

3

尺寸为至少7nm 的阴离子和更大的阳离子；

覆盖第一层(221)的第二层(222)，所述第二层(222)含有第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐包括第一极性的第一离子(321)和第二极性的第二离子(322)，其中，所述离子化合物或盐的第一离子(321)与第一层(221)结合，由此减弱第一离子(321)和第二离子(322)之间的结合，并提高第二离子(322)的迁移率，其中，第二离子（322）是金属阳离+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+子，其选自：Li、Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ；

并且，其中，电解质层(22)是在整个固体纳米复合电解质材料(20)中基本连续不间断的层。

2.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，电解质层(22)还包含覆盖第二层(222)的至少一层附加层(223)，所述至少一层附加层(223)是第二层(222)的第二离子化合物或盐的第二离子(322)的溶剂和导体。

3.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，电解质层(22)还包含覆盖第二层(222)的至少一层附加层(223)，所述至少一层附加层(223)含有与第二层(222)相同的第二离子化合物或盐。

4.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，第一偶极化合物或第一离子化合物是有机盐、有机络合物、共晶盐或金属盐。

5.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，第一偶极化合物或第一离子化合物是离子液体。

6.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，第一极性是负极性，并且第二极性是正极性。

7.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，第二层(222)的第一极性? ? ? ? ?的第一离子(321)是去极化大型阴离子，其选自：ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

8.如权利要求1?5中任一项所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，第一极性是正极性，并且第二极性是负极性。

9.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，所述介孔电介质材料(21)包括氧化硅、氧化铝或它们的混合物。

10.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，所述介孔电介质材料(21)的孔隙率范围为25%至90%。

11.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，所述多个互连孔(24)的直径范围为2nm至50nm。

12.如权利要求11所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，所述介孔电介质材料(21)还包含直径小于2nm的多个微孔。

13.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，所述固体纳米复合电解质材料(20)的组成为：相对于电介质材料，第一离子化合物或第一偶极化合物以及第二离子化合物或盐的量大于预定阈值，其中，所述阈值是根据组成选择来预先确定的，所述组成选择使固体纳米复合电解质材料(20)的离子传导率大于仅由覆盖多个互连孔内表面的电解质层的材料所组成的本体电解质层的离子传导率。

14.如权利要求1所述的固体纳米复合电解质材料(20)，其中，固体纳米复合电解质层的离子传导率大于1mS/cm。

15.一种固体纳米复合电解质层，其含有如权利要求1?14中任一项所述的固体纳米复合电解质材料(20)。

16.如权利要求15所述的固体纳米复合电解质层，其中，多个互连孔(24)和覆盖内表面的电解质层(22)在固体纳米复合电解质层的第一表面和固体纳米复合电解质层的第二相对表面之间形成连续的离子传导路径。

17.一种复合离子嵌入电极，其含有如权利要求1至14中任一项所述的固体纳米复合电解质材料(20)以及活性电极材料的混合物。

18.一种固态电池单元，其包含如权利要求15至16中任一项所述的固体纳米复合电解质层。

19.一种固态电池单元，其包含如权利要求17所述的复合离子嵌入电极。

20.一种用于形成如权利要求1至14中任一项所述的固体纳米复合电解质材料(20)的方法，其中，所述方法包括：得到一种溶液，所述溶液含有：

电介质材料前体；

第一偶极化合物或第一离子化合物，其中，第一偶极化合物或第一离子化合物包含尺

3

寸为至少7nm 的阴离子和更大的阳离子；

包含第一极性的第一离子（321）和第二极性的第二离子（322）的第二离子化合物或盐，+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+其中，第二离子（322）是金属阳离子，其选自：Li、Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ；

去离子水；和

醇；并且

通过诱导溶液凝胶化将溶液转化为固体材料，从而形成凝胶，然后使所述凝胶干燥以形成固体纳米复合电解质材料。

21.如权利要求20所述的方法，其中，一方面的溶液中第一离子化合物或第一偶极化合物和第二离子化合物或盐的摩尔量之和与另一方面的溶液中电介质材料前体的摩尔量之间的摩尔比x超过预定阈值x阈值。

22.如权利要求20至21中任一项所述的方法，其中，

电介质材料前体是二氧化硅前体或氧化铝前体或它们的混合物；

第一偶极化合物或第一离子化合物是离子液体；并且

第二离子化合物或盐包含金属盐，所述金属盐含有金属阳离子和去极化大型阴离子，+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+所述金属阳离子选自Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述去极化大型阴离子选

4? 4? 6? ? ?

自ClO 、BF 、PF 、TFSI和BETI。

说明书： 固体纳米复合电解质材料技术领域[0001] 本公开涉及固体纳米复合电解质材料、固体纳米复合电解质层、复合离子嵌入电极以及包含该固体纳米复合电解质层和/或复合离子嵌入电极的固态离子嵌入电池单元和电池。[0002] 本公开还涉及用于形成固体纳米复合电解质材料和层的方法。背景技术[0003] 电池单元包括正电极或阴极、负电极或阳极以及在两者之间的电解质层。由于提高安全性的原因、以及为了提高能量密度、功率密度和充电速率，优选固体电解质。[0004] 该固体电解质的主要要求是高离子传导率(例如高于1mS/cm、优选高于10mS/cm)以及良好的化学稳定性和机械稳定性。化学稳定性通常由电化学窗口表示，其限定了电解质的负极和正极电压极限，并因此限定了活性电极材料化学品的选择。机械稳定性需要机械支承以保持电极在物理上和电学上良好地分开。[0005] 可以通过使用纳米复合电极来增加离子传导率和由此的电池容量和放电速率，所述纳米复合电极包含纳米结构化的电绝缘材料(例如，氧化物，如，薄膜多孔材料，或纳米颗粒基材料)和离子导体(例如，盐，如Li盐)，所述离子导体存在于纳米结构化材料的内表面处。在该结构中，原理上可以在离子导体和绝缘材料之间的界面处得到增强的离子传导率。[0006] 已经提出了不同类型的固体(纳米)复合电解质材料作为在固态离子嵌入电池(例如，二氧化硅/离子液体(IL)固体复合电解质(SCE))中使用的潜在候选。该固体复合电解质可以潜在提供良好的离子传导率(例如，高于0.1mS/cm)和良好的电化学窗口。然而，观察到在实践中该复合电解质材料的离子传导率总是低于相应离子液体电解质的本体传导率(bulkconductivity)。[0007] 例如，二氧化硅/离子液体固体复合电解质可以通过溶胶?凝胶法制造。在该溶胶?凝胶法中，电解质前体溶液通过化学凝胶化工艺转化为凝胶，随后通过干燥和固化工艺转化为固体材料。为了使用溶胶?凝胶法形成二氧化硅/离子液体固体复合电解质，通常将有机酸或者有机酸和盐酸盐的组合用作硅前体在溶液中水解和缩聚的催化剂，以形成二氧化硅。然而，由于酸的存在，该溶液与离子嵌入固态电池中所用的一些电极在化学上不兼容，例如，在锂离子电池情况下的LiMn2O4或Li4Ti5O12电极。酸和电极材料之间的化学反应将会导致电池失效。[0008] 因此，需要在实践中具有改进的离子传导率的纳米复合电解质材料，优选固体纳米复合电解质材料。该改进的(固体)纳米复合电极材料的制造方法优选与通常在离子嵌入固态电池中所用的电极兼容，例如，在锂离子电池情况下与LiMn2O4或Li4Ti5O12电极兼容。发明内容[0009] 本发明的一个目的是提供适用于集成在固态离子嵌入电池单元和电池中的固体纳米复合电解质材料，所述固体纳米复合电解质材料具有良好的离子传导率。本公开一些实施方式的一个优点是提供一种固体纳米复合电解质材料，其离子传导率大于相应电解质材料的本体离子传导率，即，作为固体纳米复合电解质材料一部分的电解质材料的本体离子传导率。[0010] 本公开的一个目的是提供于包含该固体纳米复合电解质材料的固体纳米复合物层。本公开的一个目的是提供于包含该固体纳米复合电解质材料的复合电极。本公开的一个目的是提供于包含该固体纳米复合电解质材料的电池单元和电池。[0011] 本发明的一个目的是提供一种用于形成适用于集成在固态离子嵌入电池单元和电池中的固体纳米复合电解质材料的方法，所述固体纳米复合电解质材料具有良好的离子传导率。该方法优选与用于形成该固态离子嵌入电池单元和电池的其它材料兼容，例如与用于形成电极的材料兼容。更具体地说，本公开的一个目的是提供一种溶液基方法，其用于形成具有良好离子传导率的固体纳米复合电解质材料。优选地，该方法与用于形成该固态离子嵌入电池单元和电池的其它材料兼容。[0012] 这些和其它目的至少部分通过独立权利要求中所限定的公开内容来实现。优选实施方式在从属权利要求中进行阐述。[0013] 根据第一方面，本公开涉及一种固体纳米复合电解质材料，其中，固体纳米复合电解质材料包含：含有多个互连孔的介孔电介质材料，所述多个互连孔限定了纳米多孔电介质材料的内表面；以及覆盖内表面的电解质层，其中，电解质层包含：含有第一偶极化合物或第一离子化合物的第一层，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包括第一极性的第一极和第二极性的第二极，所述第二极性与所述第一极性相反，其中，所述第一层吸附至内表面上，并且第一极面对内表面，由此在第一偶极化合物或第一离子化合物中引入或改变电荷离域，并在第一偶极化合物或第一离子化合物上引入或改变分子偶极矩；以及覆盖所述第一层的第二层，所述第二层包含含有所述第一极性的第一离子和所述第二极性的第二离子的第二离子化合物或盐，其中，所述第二离子化合物或盐的所述第一离子与所述第一层结合，由此弱化第一离子和第二离子之间的结合，并提高第二离子的迁移率；并且其中，电解质层是整个材料中基本连续的不间断层。[0014] 在本公开第一方面的一些实施方式中，第一偶极化合物或第一离子化合物可以是例如有机盐、有机络合物、共晶盐或金属盐。例如，第一偶极化合物或第一离子化合物可以是离子液体。例如，其可以包括阳离子和/或阴离子，所述阳离子为如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)、三甲基正己基铵(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?甲基吗啉鎓(morpholidinium)(PYR)；所? ?

述阴离子为如双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(TFSI)、双(五氟乙烷磺酰基)酰亚胺(BETI)或?

2,2,2?三氟?N?(三氟甲烷磺酰基)乙酰胺(TSAC)。

[0015] 在本公开第一方面的一些实施方式中，第一极性可以是负极性，并且第二极性可以是正极性，或者相反，第一极性可以是正极性，并且第二极性可以是负极性。[0016] 在本公开第一方面的一些实施方式中，其中，第一极性是负极性，并且第二极性是正极性，第二层的第二极性的第二离子可以是例如金属阳离子，如选自如下的金属阳离子：+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+

Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni 。在该实施方式中，第二层的第一极性的第一离? ? ? ? ?

子可以是例如去极化大型阴离子，例如选自如下的阴离子：ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

[0017] 在本公开第一方面的一些实施方式中，例如，介孔电介质材料可以包括氧化硅、氧化铝或它们的混合物。在一些实施方式中，介孔电介质材料的孔隙率范围可以是例如25％至90％。多个互连孔的直径范围可以是例如2nm至50nm。介孔电介质材料还可以包含多个介孔，所述介孔具有例如小于2nm的直径。[0018] 本公开第一方面的固体纳米复合电解质材料的一些实施方式的优点在于这些材料的离子传导率大于覆盖内表面的电解质材料的本体离子传导率。该提高的离子传导率与含有第一化合物(第一偶极化合物或第一离子化合物)的第一层有关，所述第一化合物具有第一极性的第一极以及相反的第二极性的第二极，其中，所述第一层吸附在内表面上，并且第一极面对内表明，由此在第一化合物上引入或改变分子偶极矩。由于内表面和第二层之间该第一层的存在，所述第二层包含含有第一极性的第一离子和第二极性的第二离子的第二化合物(第二离子化合物或盐)并且通过其第一极性的第一离子结合至第一层(即，第二层通过其第一离子基本固定至第一层)，第二化合物的第二离子可能变得不再与第二化合物的第一离子牢固结合，使得这些第二离子可以更自由地移动，导致这些第二离子的离子传导率提高。因此，可以认为第一层是第二离子化合物或盐(其是第二层一部分)的第二离子的“离子传导促进剂”。例如，在本公开的一些实施方式中，第一层(‘离子传导促进剂’)可以包含离子液体，并且第二层可以包含盐，例如，锂盐。在该实例中，电介质材料内表面和锂盐之间中存在离子液体(具有分子偶极矩)效果在于锂盐的阴离子固定至吸附在电介质材+料内表面上的离子液体层。这使得锂盐的Li阳离子变得不再与锂盐的阴离子牢固结合，导+ +

致Li 阳离子更容易、更自由地移动通过电解质材料，并且因此提高了材料的Li 离子传导+

率。如上所述的第一层的存在还可以导致第二离子(例如，Li 离子)的转移或运输数量增加。(第二化合物(例如，盐，如锂盐)的)第二离子的转移或运输数量是由这些第二离子(例如Li+阳离子)、即提供离子传导率的离子所携带的通过电解质的总离子流的一部分。例如，总流的另一部分可以由化合物(例如，盐)的第一离子所携带。

[0019] 在本公开的第一方面的一些实施方式中，所述固体纳米复合电解质材料的组成优选为：相对于电介质材料，第一离子化合物或第一偶极化合物以及第二离子化合物或盐的量大于预定阈值，其中，所述阈值是根据组成选择来预先确定的，所述组成选择使固体纳米复合电解质材料的离子传导率大于仅由覆盖多个互连孔内表面的电解质层的材料所组成的本体电解质层的离子传导率。[0020] 本公开第一方面的固体纳米复合电解质材料的一些实施方式的优点在于这些材料具有高离子传导率，例如，大于10mS/cm的离子传导率。当用作固态离子嵌入电池单元或电池中电解质层时，较高的离子传导率可以导致电池单元或电池更快的充电速率。当用作固态离子嵌入电池单元或电池的复合电极中的电解质层时，较高的离子传导率可以允许增加电极厚度，导致电池单元或电池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0021] 在本公开的第一方面的一些实施方式中，固体纳米复合电解质材料的电解质层包含覆盖第二层的至少一层附加层，所述至少一层附加层是第二层的第二离子化合物或盐的溶剂或导体，其优点在于该至少一层附加层用作“溶剂”层，促进并提高第二层的第二离子的移动，并且因此提高了复合电解质材料的离子传导率。在一些实施方式中，例如，所述至少一层附加层可以包含与第二层相同的第二离子化合物或盐。[0022] 根据第二方面，本公开涉及一种固体纳米复合电解质层，其含有本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料。[0023] 在本公开的第二方面的一些实施方式中，固体纳米复合电解质层因此包含含有多个互连孔的介孔电介质材料，所述多个互连孔限定了介孔电介质材料的内表面；以及如第一方面所述的覆盖内表面的电解质层。多个互连孔和电解质层可以有利地在固体纳米复合电解质层的第一表面和固体纳米复合电解质层的第二相对表面之间形成连续的离子传导路径。这是有利的，因为当第二方面的固体纳米复合电解质层被用作固态离子嵌入电池单元或电池中的电解质层时，在电池单元或电池的第一电极层和第二电极层之间、即在电池单元或电池的相反极性的电极之间，可以形成离子传导的连续不间断路径。这是有利的，因为当第二方面的固体纳米复合电解质层被用作固态离子嵌入电池单元或电池的复合电极中的电解质层时，可以穿过复合电极形成离子传导的连续不间断路径。[0024] 在本公开第二方面的一些实施方式中，例如，固体纳米复合电解质层的离子传导率可以大于本体电解质层的离子传导率，所述本体电解质层仅由覆盖多个互连孔内表面的电解质层的材料组成。例如，固体纳米复合电解质层的离子传导率可以大于1mS/cm。这是有利的，因为当第二方面的固体纳米复合电解质层被用作固态离子嵌入电池单元或电池中的电解质层时，较高的离子传导率可能使电池单元或电池获得更快的充电速率。这是有利的，因为当第二方面的固体纳米复合电解质层用作固态离子嵌入电池单元或电池的复合电极中的电解质层时，较高的离子传导率可以允许增加电极厚度，导致电池单元或电池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0025] 在本公开的第二方面的一些实施方式中，固体纳米复合电解质材料优选具有第一离子化合物或第一偶极化合物以及第二离子化合物或盐的量相对于电介质材料大于预定阈值的组成，其中，所述阈值是根据组成选择来预先确定的，所述组成选择使固体纳米复合电解质材料的离子传导率大于仅由覆盖多个互连孔内表面的电解质层的材料所组成的本体电解质层的离子传导率。[0026] 根据第三方面，本公开涉及一种复合离子嵌入电极，其含有本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料和活性电极材料的混合物。[0027] 根据第三方面的复合离子嵌入电极的一些实施方式的优点在于，其可以具有提高的离子传导率，这可以允许增加电极厚度，导致电池单元或电池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0028] 根据第四方面，本公开涉及一种固态电池单元，其含有本公开第二方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质层。本公开还提供一种固态电池，其含有至少一个根据第四方面的固态电池单元。[0029] 第四方面的一些实施方式的固态电池单元和固态电池的优点在于其可以具有改进(例如，快速)的充电速率。[0030] 根据第五方面，本公开涉及一种固态电池单元，其含有本公开第三方面的实施方式所述的复合离子嵌入电极。本公开还提供一种固态电池，其含有至少一个根据第五方面的固态电池单元。[0031] 第五方面的一些实施方式的固态电池单元和固态电池的优点在于其可以具有改进的容量、改进的能力密度和/或改进的功率密度。[0032] 根据第六方面，本公开涉及一种用于形成本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料的方法，其中，用于形成固体纳米复合电解质材料的方法包括：获得含有电介质材料前体、第一偶极化合物或第一离子化合物、第二离子化合物或盐、去离子水和醇的溶液；以及通过诱导溶液的凝胶化将溶液转化为固体材料，从而形成凝胶，然后使该凝胶干燥以形成固体纳米复合电解质材料。[0033] 在本公开第六方面的一些实施方式中，例如，电介质材料前体可以是二氧化硅前体或氧化铝前体或它们的混合物；第一偶极化合物和第一离子化合物可以是例如离子液体；并且第二离子化合物或盐可以例如包含金属盐，所述金属盐含有金属阳离子和去极化+ + + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+大型阴离子，所述金属阳离子为例如选自Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述? ? ? ? ?

去极化大型阴离子为例如选自ClO4、BF4、PF6、TFSI和BETI。

[0034] 在本公开第六方面的一些实施方式中，离子液体和二氧化硅前体或氧化铝前体或它们的混合物之间的摩尔比范围可以为0.1至2；去离子水和二氧化硅前体或氧化铝前体或它们的混合物之间的体积比范围可以基本等于1(例如，其可以是0.9至1.1)；金属盐和离子液体之间的摩尔比范围可以是例如0.1至1；并且离子液体和醇之间的重量比范围可以是例如0.1至2。[0035] 本公开第六方面的用于形成固体纳米复合电解质材料的方法的一些实施方式的优点在于其由导致介孔电介质材料和覆盖其内表面的电解质层同时形成的单个制造工艺组成，更具体地说，由单个溶胶?凝胶制造工艺组成。[0036] 本公开第六方面的用于形成固体纳米复合电解质材料的方法的一些实施方式的优点在于其使用湿式前体。当制造包含根据第六方面实施方式所形成的固体纳米复合电解质材料的复合电极时，使用湿式前体允许容易地将前体引入含有活性电极材料的多孔层的孔内，并且在将前体引入这些孔内之后使湿式前体固化，由此在含有活性电极材料的多孔层的孔内形成固体纳米复合电解质材料。这可以有利地导致包含集成复合电极层，其含有包埋在纳米复合电极材料中的活性电极材料。这可以有利地导致致密的电极制剂，其具有降低的孔隙率以及活性电极材料与电解质材料之间良好的全方位(all?around)接触。当在电池单元或电池中使用该复合电极，这可以有利地导致电池单元或电池的能量密度提高以及功率密度提高。[0037] 本公开特定和优选的方面在所附独立和从属权利要求中阐述。可以将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征以及其它从属权利要求中的特征进行适当组合，而并不仅限于权利要求书中明确所述的情况。[0038] 本公开的上述和其它特性、特征和优点会在下文具体实施方式中结合附图变得显而易见，其通过实例说明本公开的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本公开的范围。下文引用的参考图是指附图。

附图说明[0039] 图1示意性显示了现有技术的颗粒基复合电解质材料的结构。[0040] 图2示意性显示了根据本公开第一方面的一个实施方式的复合电解质材料的结构的实例。[0041] 图3是覆盖有电解质层的电介质层的示意图，显示了在具有阳离子导体的实施方式中的电荷离域，所述电解质层包括第一层和第二层的堆叠体。[0042] 图4是覆盖有电解质层的电介质层的示意图，显示了在具有阴离子导体的实施方式中的电荷离域，所述电解质层包括第一层和第二层的堆叠体。[0043] 图5是覆盖有电解质层的电介质层的示意图，显示了在具有阳离子导体的实施方式中的电荷离域，所述电解质层包括第一层和第二层的堆叠体，其中，第二层的第二离子化合物或盐与第一层的第一偶极化合物或第一离子化合物之间的摩尔比为1:2。[0044] 图6是覆盖有电解质层的二氧化硅层表面的示意图，所述电解质层包括第一层和第二层的堆叠体。[0045] 图7是覆盖有电解质层的二氧化硅层表面的示意图，所述电解质层包括第一层、第二层和附加层的堆叠体。[0046] 图8显示了对于如下三种类型的材料中，不同固体纳米复合电解质材料测得的归一化离子传导率与每个总氧化物表面积的离子液体电解质体积之间的函数关系：(a)纳米颗粒基复合电解质；(b)介孔微粒基复合电解质；(c)包含根据本公开一些实施方式的介孔电介质材料的纳米复合电解质。[0047] 图9显示对于不同离子液体，根据本公开一些实施方案的不同固体纳米复合电解质材料测量的归一化离子传导率与溶胶?凝胶制造工艺中所用溶液中的二氧化硅前体和离子液体电解质(Li盐和离子液体)之间的摩尔比x之间的函数关系。[0048] 图10显示对于在添加有Li盐的溶胶?凝胶前体溶液中离子液体电解质与二氧化硅+ ? + ?的不同摩尔比x(0.34摩尔[Li][TFSI ]每1[BMP][TFSI ])(实心符号)以及离子液体溶液中的纯或本体锂盐(空心圆圈)，使用溶胶?凝胶法制造的纳米复合电解质材料所测量的离子传导率值与温度之间的函数关系。

[0049] 图11显示对于在添加有Li盐的溶胶?凝胶前体溶液中离子液体电解质与二氧化硅+ ? + ?的不同摩尔比x(0.34摩尔[Li][TFSI ]每1[BMI][TFSI ])(实心符号)以及离子液体溶液中的纯或本体锂盐(空心圆圈)，使用溶胶?凝胶法制造的纳米复合电解质材料所测量的离子传导率值与温度之间的函数关系。

[0050] 在不同的图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。[0051] 发明详述[0052] 将就具体实施方式并参照某些附图对本公开进行描述，但本公开并不受此限制，仅由权利要求书限定。描述的附图仅是说明性的且是非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能被夸大且未按比例尺绘画以用于说明目的。所述尺寸和相对尺寸不与本公开实践的实际减小相对应。[0053] 在说明书和权利要求书中的第一、第二、第三等术语用来区别类似的元件，而不一定是用来描述时间、空间、等级顺序或任何其它方式的顺序。应理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换使用，本发明所述的实施方式能够按照除本文所述或说明的顺序以外的其它顺序进行操作。[0054] 应注意，权利要求中使用的术语“包含”不应解释为被限制为其后列出的部分，其不排除其它元件或步骤。因此，其应被理解为指出所述特征、集成、步骤或组分的存在，但这并不排除一种或多种其它特征、集成、步骤或组分或其组合的存在或添加。因此，表述“包含部件A和B的装置”的范围不应被限制为所述装置仅由组件A和B构成。其表示对于本公开，所述装置的相关组件仅为A和B。[0055] 说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”是指就该实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定全部指同一个实施方式，但可能全部都指同一个实施方式。此外，具体特征、结构或特性可以任何合适方式在一个或多个实施方式中组合，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。[0056] 类似地，应理解，在本公开的示例性实施方式的描述中，本公开的不同特征有时组合成一个单一实施方式、附图或其描述，这是为了简化公开内容并帮助理解本发明的一个或多个不同方面。然而，本公开内容中的方法不应被理解为反映这样一个意图，即请求保护的本公开需要的特征比各权利要求中明确引用的更多。并且，如同所附权利要求所反映的那样，发明方面包括的特征可能会少于前述公开的一个单一实施方式的全部特征。因此，具体说明之后的权利要求将被明确地纳入该具体说明，并且各权利要求本身就是本公开独立的实施方式。[0057] 此外，当本文所述的一些实施方式包括一些但不包括其它实施方式中所包括的其它特征时，不同实施方式的特征的组合应意在包括在本公开范围内，并且形成不同的实施方式，这应被本领域技术人员所理解。例如，在之后的权利要求中，所请求保护的任何实施方式可以任何组合形式使用。[0058] 本文的描述中阐述了众多的具体细节。然而应理解，本公开的实施方式可不用这些具体细节进行实施。在其它情况中，为了不混淆对该说明书的理解，没有详细描述众所周知的方法、步骤和技术。[0059] 提供以下术语，仅仅是为了有助于理解本公开。[0060] 在本公开的上下文中，电池单元是包括两个电极层并且在其间具有电解质层的结构，即，包括第一电极层/电解质层/第二电极层堆叠体的结构。电池可以包括单个电池单元，或者可以包括多个电池单元，例如至少两个电池单元。电池可包括串联或并联连接的两个或更多个电池单元，或包括串联和并联连接的电池单元的组合。[0061] 在本公开的上下文中，离子嵌入电池单元是包括电极的电池单元，所述电极能够在电池工作期间接受或释放阳离子或阴离子。离子嵌入电池可以依赖于嵌入/脱嵌仅一种阳离子元素、多种阳离子元素、仅阴离子或阴离子和阳离子元素的混合物。离子嵌入电池单元还包括电解质，该电解质允许所使用的相应离子的离子传导，同时相对于所使用的电极材料是(电)化学稳定的。[0062] 在可充电电池单元中，每个电极在放电(即，电池工作)期间具有第一极性，在充电期间具有相反的第二极性。然而，从技术上讲，负极在放电期间是阳极，在充电期间是阴极。反之亦可，正极在放电期间是阴极，在为电池充电时是阳极。在本公开的上下文中，使用放电(即电池工作)的术语。此外，在文本中，阳极是指负极，阴极是指正极。通过本公开，当称为“阳极材料”时，其是指负极材料，并且当称为“阴极材料”时，其是指正极材料。

[0063] 在本公开的上下文中，复合电解质材料是包括如下的材料：电绝缘材料，该电绝缘材料具有在电绝缘材料中产生或限定多个内表面的多个孔；以及覆盖该内表面的层或层堆叠体，该层或层堆叠体含有电解质材料。[0064] 在本公开的上下文中，活性电极材料是电池电极层的一个组件的材料。在活性电极材料中，发生了实际的电化学转变(原子的价态或氧化态的变化)，这导致了化学能存储在电极中。电极层通常包含活性电极材料和支承材料。[0065] 在本公开的上下文中，复合电极是包含活性电极材料和电解质材料的混合物、以及任选的支承材料(例如，粘合剂或非活性炭)的电极。固体复合电极是包含活性电极材料和固体电解质材料的混合物、以及任选的支承材料(例如，粘合剂或非活性炭)的电极。该复合电极可以是薄膜复合电极层，或者其可以是颗粒基复合电极层，例如刮刀涂覆层(abladecoatedlayer)或丸粒压制层(apressedpelletlayer)。[0066] 在本公开的上下文中，纳米多孔材料是具有孔径(孔直径)小于100nm的孔的材料。该纳米多孔材料基于其孔径被进一步分类为不同的类别。在本公开的上下文中，以下术语用于描述不同的纳米多孔材料类别：孔径在50nm至100nm之间的材料为“大孔”，孔径在2nm至50nm之间的材料为“介孔”，并且孔径小于2nm的材料为“微孔”。

[0067] 在本公开的上下文中，材料的孔隙率为材料的空隙分数(“空的”空间的分数)。其是空隙或“空的”空间相对于材料总体积的分数。例如，纳米多孔材料的孔隙率可以通过吸附/解吸技术来确定。[0068] 在本公开的上下文中，离子液体电解质是含有离子液体和盐的电解质，所述盐含有溶解在离子液体中的用于电解质传导的离子，例如，阳离子，例如，锂盐含有用于电解质+传导的Li阳离子。离子液体和盐可以包含相同的阴离子，或者其可以包含不同的阴离子。

[0069] 在本公开的上下文中，离子液体是液态的离子有机化合物或有机盐。对于在室温下为液态的离子液体，可以使用术语“室温离子液体”。[0070] 现在通过对本公开若干实施方式的详细说明来描述本公开。很明显，可根据本领域技术人员的知识来构建本公开的其它实施方式，而不背离本公开的技术教导，本公开仅受所附权利要求书的限制。[0071] 在第一方面中，本公开提供固体纳米复合电解质材料，其包含含有多个互连孔的介孔电介质材料以及覆盖介孔电介质材料内表面的基本连续的不间断电解质层，其中电解质层包含：含有第一偶极化合物或第一离子化合物的第一层，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包括第一极性的第一极和第二极性的第二极，所述第二极性与所述第一极性相反，其中，所述第一层吸附至内表面上，并且第一极面对内表面，由此(由于吸附)在第一偶极化合物或第一离子化合物中引入或改变电荷离域，并在第一偶极化合物或第一离子化合物上引入或改变分子偶极矩；以及覆盖所述第一层的第二层，所述第二层包含含有所述第一极性的第一离子和所述第二极性的第二离子的第二离子化合物或盐，其中，所述第二离子化合物或盐的所述第一离子与所述第一层结合，由此(由于结合)弱化了第一离子和第二离子之间的结合，并提高第二离子的迁移率。[0072] 第一层可以用作第二层的第二极性的第二离子的离子传导促进剂。第二层的第二极性的第二离子提供了固体纳米复合电解质材料的电解质传导。[0073] 在本公开的第一方面的一些实施方式的固体纳米复合电解质材料中，电解质层可以在不会完全填充多个互连孔的情况下，在介孔电介质材料的内表面上形成涂层，产生了多孔固体纳米复合电解质材料。在本公开的第一方面的一些实施方式的固体纳米复合电解质材料中，电解质层可以完全填充多个互连孔的至少部分。[0074] 已知的固体纳米复合电解质质材料是包含纳米结构化的电绝缘材料(例如，氧化物，如，薄膜多孔材料，或纳米颗粒基材料)和固体离子导体(固体电解质材料)的固体材料，所述离子导体存在于纳米结构化材料的内表面处。在该结构中，可以在离子导体和绝缘材料之间的界面处得到增强的离子传导率(与“本体(bulk)”固体离子导体中的离子传导率相比)。[0075] 为了通过包含这种固体纳米复合电解质材料的层达到高离子传导率，优选在整个层的绝缘材料和离子导体之间形成连续界面，即，绝缘材料和离子导体之间的界面优选从所述层的第一表面延伸到所述层的相反的第二表面，而在其间没有任何中断。当使用该复合电解质材料作为固态离子嵌入电池中的电极层时，这允许形成在正电极和负电极之间延伸的不间断的离子传导路径。当使用该复合电解质材料作为固态离子嵌入电池中的复合电极时，其可以允许增加电极厚度，导致电池容量增加。[0076] 大部分现有技术的复合电解质材料是基于颗粒的。其包含许多含有电绝缘材料的(纳米)颗粒，颗粒表面至少部分覆盖有电解质层，所述电解质层可以是固体层或液体层。这如图1示意性显示，图1显示出含有多个颗粒11(例如，氧化物颗粒)的颗粒基复合电解质材料10的结构，颗粒11的表面覆盖有电解质层12，例如，含有纯盐电解质的层，其为例如，单锂盐，如LiI或LiClO4；聚合物电解质，例如，聚环氧乙烷(PEO)基Li离子电解质，例如，混合在聚乙二醇(PEG)中的LiClO4；或者离子液体电解质，例如，在BMP?TFSI离子液体中的Li?TFSI盐。在颗粒11和电解质层12之间的界面处，形成界面区域13，其中，对于合适的材料组合，与本体电解质层12中的离子传导率相比，可以获得提高的离子传导率。图1中所示的虚线1示意性显示了可以使离子通过复合材料10从一侧到相对侧的路径。这显示出在该材料中，离子传导不仅仅通过界面区域13进行，而且在相邻颗粒11之间进行，离子传导通过具有较低离子传导率的本体电解质层12进行，因此限制了通过颗粒基复合材料的离子传导率的提高。对于包含纯固体盐电解质的复合电解质材料，其中大部分固体盐具有非常低的本体离?10 ?6 ?5子传导率(例如，LiClO4为10 S/cm，LiI为10 S/cm)，观察到高达约10 S/cm的离子传导率?7

的略微提高。而且，对于具有PEO电解质(其本体Li离子传导率为约10 S/cm)的复合电解质?4

材料，在聚合物电解质中添加例如TiO2纳米颗粒的情况下，观察到提高高达10 S/cm。而且，在已知的含有离子液体电解质的颗粒基复合电解质材料中，观察到离子传导率总是低于离子液体电解质的本体离子传导率。在包含例如纳米多孔或介孔颗粒11(未显示)的颗粒基复合电解质材料中也是这样。

[0077] 含有电绝缘二氧化硅基质的固体复合电解质材料(即，连续层代替颗粒，或换句话说：非颗粒)也是已知的，其中，(纳米)孔填充有液体电解质，例如，离子液体电解质(例如，具有离子液体溶剂的锂盐)或碳酸丙烯酯电解质(例如，具有碳酸丙烯酯溶剂的锂盐)。而且，对于该类型的固体复合电解质材料，观察到除非提供额外的表面官能化，否则离子传导率低于固体离子导体(即，离子液体电解质)的本体离子传导率。由于界面传导增加导致的离子传导率提高并未在没有额外表面官能化的这些体系中观察到。多个(纳米)孔中的电解质的纳米限制本身不能提供增强的传导率。相反，在孔壁处的剪切流导致液体电解质的粘度增加，除了本体电解质的体积减小外，这还降低了传导率。[0078] 本公开一些实施方式的固体纳米复合电解质材料包含含有多个互连孔的介孔电介质材料(通常是非颗粒的)以及覆盖介孔电介质材料内表面的基本连续的不间断固体电解质层(在整个固体纳米复合电解质材料中)。例如，固体电解质层可以通过吸附在电解质(例如，离子液体电解质)的内表面(由多个互连孔限定)上来形成。这在图2中示意性显示，图2显示了该固体纳米复合电解质材料20的结构的实例。纳米复合电解质材料20包含含有多个互连孔24的介孔电介质材料21，所述多个互连孔24限定了介孔电介质材料21的内表面。内表面在整个固体纳米复合电解质材料20中被连续的不间断电解质层22(图2中的黑色)覆盖。在介孔电介质材料1和电解质层22之间的界面处，形成界面区域23(图2中的白色)，其中，对于合适的材料组合，与本体电解质层22中的离子传导率相比，可以获得提高的离子传导率。可以通过实验确定材料组合对于获得这种增强的离子传导率的合适性。在下文的其它说明中，提供了该合适的材料组合物的实例。图2中所示的虚线2示意性显示了可以使离子通过复合材料20从一侧到相对侧的路径。这显示了在该材料20中，离子传导仅通过界面区域23进行，因为类似于电解质层22，界面区域23也形成了通过复合材料20从一侧到相对侧的连续不间断(例如，不会向颗粒基材料中那样被本体电解质层22“中断”)路径。界面区域是具有提高的离子传导率的区域，与穿过本体电解质层22的本体离子传导率相比，这可以导致穿过纳米复合电解质层20的提高的离子传导率。

[0079] 因此，当在固态离子嵌入电池的电解质成中使用根据本公开一些实施方式的纳米复合电解质材料20，其中，如图2示意性所示，纳米复合电解质材料20包含基本连续的不间断电解质层以及类似的基本连续的界面区域23，这导致形成在正电极和负电极之间延伸的离子传导增强的不间断路径。这可以导致纳米复合电解质材料的离子传导率高于用于电解质层的相应电解质材料的本体传导率。当用作固态离子嵌入电池单元或电池中电解质层时，较高的离子传导率可以导致电池单元或电池更快的充电速率。当用作固态离子嵌入电池单元或电池的复合电极中的电解质层时，较高的离子传导率可以允许增加电极厚度，导致电池单元或电池的容量增加、能量密度增加、以及功率密度增加。[0080] 在本公开第一方面的纳米复合电解质材料的优选实施方式中，介孔电介质材料的多个互连孔的孔径或孔直径范围为2nm至50nm(介孔)。任选地，介孔电介质材料可以另外包含更小的微孔，例如，孔径小于2nm的孔。例如，介孔电介质材料的孔隙率范围可以是例如25％至90％，但本公开不限于此。在本公开一些实施方式的纳米复合电解质材料20中，离子传导主要通过连续的固体电解质层22和介孔电介质材料21之间的界面区域23发生。因此，优选内表面积(对应于介孔电介质材料内表面的总面积)尽可能大。介孔电介质(例如，介孔二氧化硅和介孔氧化铝)提供了最高的表面积(即，高于具有更大孔(大于50nm)的大孔材料)。

[0081] 在本公开的一些实施方式中，覆盖介孔电介质材料21内表面的电解质层22至少包括两层，即，至少包括吸附在内表面上的第一层和覆盖第一层的第二层。第一层包含第一偶极化合物或第一离子化合物，例如，有机盐、有机络合物、共晶盐或液体金属盐，例如，离子液体。第二层包含第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐含有第一极性的第一离子(例如，去极化大型阴离子)以及第二极性的第二离子(例如，金属阳离子)。电解质层22还可以包含覆盖第二层的至少一层附加层。至少一层附加层可以有助于为第二极性的第二离子提供提高的传导。[0082] 在本公开的一些实施方式中，电解质层22的第一层包含第一偶极化合物或第一离子化合物，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包含第一极性的第一极以及第二极性的第二极，所述第二极性与第一极性相反，其中，优选第一极和第二极都能在分子结构上实现某种形式的电荷离域。例如，该电荷离域可以以元素形式存在，例如以游离电子对可获得的σ型键(σ?键)连接到分子结构的、或者以π型键(π键)与碳原子(C)连接的、或与氧(O)结合的硫(S)、磷(P)、氮(N)和/或氧(O)，例如TFSI分子中的S＝O键。或者，例如，电荷离域可以由共轭的π?π键提供，例如在离子液体的多种有机阳离子中的苯基型分子结构、咪唑型分子结构或吡啶鎓型分子结构中。第一层吸附在内表面上，并且第一极面对内表面，由此引入或改变第一偶极化合物或第一离子化合物中的电荷离域，并且因此引入或改变第一偶极化合物或第一离子化合物上的分子偶极矩。第一偶极化合物或第一离子化合物优选是大型化合物。3

例如，第一偶极化合物或第一离子化合物可以包含尺寸为至少(7nm)的阴离子和更大的阳离子，例如，尺寸为阴离子至少两倍的阳离子，但本公开不限于此。在本公开的一些实施方式中，例如，第一偶极化合物或第一离子化合物可以是有机盐、有机络合物、共晶盐或金属盐。第一化合物可以是例如离子液体。

[0083] 在本公开的一些实施方式中，电解质层22的第二层基本覆盖第一层。第二层包含第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐含有第一极性的第一离子以及第二极性的第二离子。第一离子优选大于第二离子，但本公开不限于此。第一极性的第一离子优选能够产生一些形式的电荷离域，并且第二极性的第二离子可以例如具有受限的电荷离域或不具有电荷离域，但本公开不限于此。在本公开的一些实施方式中，例如，第二极性的第二离子可以是含有单一元素的简单阳离子或含有单一元素的简单阴离子，所述含有单一元素的简+ + + 2+ ? ?单阳离子为例如Li 、Na、K或Mg ，所述含有单一元素的简单阴离子为例如Cl或F。在本公

3?

开的其它实施方式中，例如，第二极性的第二离子可以包含超过一种元素，例如，NO 或?

COO。第二层的离子化合物的第一离子与第一层结合，例如通过弱分子间力结合，与第一层的结合导致第二层的第一离子和第二离子之间的结合减弱，从而提高了第二离子的迁移率。第二离子的该迁移率提高与第二离子变得不再于第一离子结合或缔合有关。在本公开的一些实施方式中，第一层可以用作第二层的第二极性的第二离子的离子传导促进剂。第二层的第二极性的第二离子提供了固体纳米复合电解质材料的电解质传导。

[0084] 图3是覆盖有电解质层22的电介质材料21层的示意图，其显示了在第一极性是负极性并且第二极性是正极性的实施方式中的电荷离域，所述电解质层22含有第一层221和第二层222的堆叠体，所述第一层221包含第一偶极化合物或第一离子化合物，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包含第一极性的第一极311和第二极性的第二极312，所述第二层222包含第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐包含第一极性的第一离子321和第二极性的第二离子322。在显示阳离子传导的实例中，例如，在Li离子电解质的情况下，第二离子322(图3所示实施方式中的阳离子)提供了离子传导。第二层222结合至极化第一层211导致第二层222的第一离子321和第二离子322之间的结合变弱，由此提高了第二离子

322的迁移率。因此，第一层221可以用作第二层222的第二极性的第二离子322的离子传导促进剂。第二层的第二极性的第二离子322提供了固体纳米复合物电解质材料的电解质传导。

[0085] 图4是覆盖有电解质层22的电介质材料21层的示意图，其显示了在第一极性是正极性并且第二极性是负极性的实施方式中的电荷离域，所述电解质层22含有第一层221和第二层222的堆叠体，所述第一层221包含第一偶极化合物或第一离子化合物，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包含第一极性的第一极311和第二极性的第二极312，所述第二层222包含第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐包含第一极性的第一离子321和第二极性的第二离子322。在显示阴离子传导的实例中，例如，在氯电解质的情况下，第二离子322(图4所示实施方式中的阴离子)提供了离子传导。第二层222结合至极化第一层211导致第二层222的第一离子321和第二离子322之间的结合变弱，由此提高了第二离子322的迁移率。因此，第一层221可以用作第二层222的第二极性的第二离子322的离子传导促进剂。第二层的第二极性的第二离子322提供了固体纳米复合电解质材料的电解质传导。

[0086] 图5是覆盖有电解质层22的电介质材料21层的示意图，其显示了在第一极性是负极性并且第二极性是正极性的实施方式中的电荷离域，例如，其中第二层的第二离子化合物和第一层的第一偶极化合物或第一离子化合物之间的摩尔比不是1，更具体地说在所示实例中是1:2，所述电解质层22含有第一层221和第二层222的堆叠体，所述第一层221包含第一偶极化合物或第一离子化合物，所述第一偶极化合物或第一离子化合物包含第一极性的第一极311和第二极性的第二极312，所述第二层222包含第二离子化合物或盐，所述第二离子化合物或盐包含第一极性的第一离子321和第二极性的第二离子322。这仅是一个实例，并且可以使用其它摩尔比，例如1:3至1:5，但本公开不限于此。摩尔比小于1的优点在于其可以导致第二层222的第二极性的第二离子322的迁移率提高，并且因此离子传导率提高。然而，该摩尔比越小，可获得的第二离子的量越小，这些第二离子之间的距离越大，这可能导致离子传导率下降。因此，可能存在对于第二层的第二离子化合物或盐与第一层的第一偶极化合物或第一离子化合物之间摩尔比的最佳状态。该最佳比率可以以实验方式确定。[0087] 在本公开的一些实施方式中，其中，电解质层22包含覆盖第二层的至少一层附加层，所述至少一层附加层优选适用于或者适应于第二层的第二离子化合物或盐的第二极性的第二离子的溶剂化和传导。换言之，该至少一层附加的层优选是第二层的第二离子化合物或盐的第二极性的第二离子的溶剂或导体。该至少一层附加层可以用作第二层的第二离子化合物或盐的第二极性的第二离子的一种“溶剂”层，即，其还可以促进(提高)这些第二离子移动穿过纳米复合电解质材料，由此提高穿过纳米复合电解质材料的离子传导率。例如，所述至少一层附加层可以包含与第二层相同的第二离子化合物或盐，但本公开不限于此。[0088] 图6是可以在本公开的实施方式中使用的覆盖有电解质层22的二氧化硅层21表面的示意图，所述电解质层22包括第一层221和第二层22的堆叠体。在图6所示的实例中，氧化硅(二氧化硅)层21具有OH?封端的表面，第一层221包含离子液体(第一离子化合物)，更具?体地说是[BMP]TFSI(1?丁基?1?甲基吡咯烷鎓[BMP+]双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺[TFSI])?

离子液体，并且第二层222包含TFSI (双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺)阴离子(负极性的第一+

离子)和Li阳离子(正极性的第二离子)。第一层221吸附在二氧化硅层表面，并且负极性的?

第一极面([TFSI])对表面。第二层222覆盖第一层221，并且通过其负极性的第一离子结合到第一层。

[0089] 图7是可以在本公开的实施方式中使用的覆盖有电解质层22的二氧化硅层21表面的示意图，所述电解质层22包括第一层221、第二层22和附加层223的堆叠体。[0090] 本公开不限于图6和图7所示的实例。其它第一偶极化合物或第一离子化合物可以用于形成第一层，并且/或者其它第一离子和第二离子可以包含在第二层中。例如，第一偶极化合物或第一离子化合物可以是有机盐、有机络合物、共晶盐或金属盐。例如，第一偶极+ ?化合物或第一离子化合物可以是有机液体，例如[BMP][TFSI ](丁基?1?甲基吡咯烷鎓双+ ?

(三氟甲基磺酰基)酰亚胺,[BMI][TFSI](1?丁基(buthyl)?3?甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺；有机盐，例如1?丁基(buthyl)?3?甲基氯化咪唑鎓(Tm342K)、1?乙基?3?甲基?咪唑鎓硝酸盐(Tm311K)或1?甲基?3?甲基?咪唑鎓四氟硼酸盐(Tm377K)；或无机盐，例如，?

氯铝酸盐或LiF?BeF2，但本公开不限于此，可以是第二层一部分的第一离子的实例为ClO4 、? ? ? ?

BF4 、PF6、TFSI 和BETI (双(五氟乙烷磺酰基)酰亚胺)，但本公开不限于此。在本公开的一+ + + 2+ 2+ 2

些实施方式中，例如，第二层的第二离子可以是金属阳离子，例如Li、Na 、K、Ca 、Mg 、Cu+ 3+ 2+ 2+

、Al 、Co 或Ni ，但本公开不限于此。

[0091] 图8显示了不同固体纳米复合电解质材料测得的归一化离子传导率，所述固体纳米复合电解质材料含有氧化物材料以及氧化物材料内表面上提供的离子液体电解质体积。该图显示了对于三种类型的材料，相对于相应离子液体电解质的本体离子传导率归一化的离子传导率与每个总氧化物表面积(即，可以在其上提供(例如，涂覆)离子液体电解质的氧化物材料内表面的总面积)的离子液体电解质体积之间的函数关系。曲线(a)(实心圆)显示了包含无孔或基本上无孔的纳米颗粒的纳米颗粒基复合电解质所测量的归一化离子传导率。显示出相对于不同纳米颗粒尺寸(7nm至80nm)，含有二氧化硅纳米颗粒或氧化铝纳米颗粒的复合电解质的结果。在该纳米颗粒基复合电解质中，离子传导部分地通过电解质层的本体(bulk)进行(如图1所示)，因此在氧化物和电解质层之间的界面处增强的离子传导对总离子传导率的影响可忽略不计。曲线(b)(空心方块和空心三角形)显示了包含介孔微粒的介孔微粒基复合电解质所测量的归一化离子传导率。空心方块显示包含孔径为4nm的介孔氧化铝颗粒的复合电解质的结果；空心三角形显示包含孔径为3nm的MOF(金属?有机骨架)颗粒的复合电解质的结果。虽然在该介孔微粒基复合电解质材料中，总内表面面积可以大于基于非多孔颗粒的材料，而且，在该类型的材料中，离子传导部分地通过电解质层的本体(bulk)进行(类似于图1所示的那样)，导致在氧化物和电解质层之间的界面处增强的离子传导对总离子传导率的影响可忽略不计。曲线(c)(实心菱形)显示了根据本公开一些实施方式的固体纳米复合电解质材料所测量的归一化离子传导率，所述固体纳米复合电解质材料包含含有多个互连孔的介孔电介质材料(连续的，基本上不间断的介孔基质)，例如，如图2所示。显示了包含BMP?TFSI离子液体的复合电解质和包含BMI?TFSI离子液体的复合电解质的结果。

[0092] 假设整个离子液体体积将被涂覆并均匀分布在可用的内表面区域上，则每个总氧化物表面积的离子液体电解质体积等于电介质材料内表面上的电解质层的理论涂层厚度。图8中所示的数据显示出：理论上需要厚度约为10nm的离子液体电解质涂层，以达到基本上无孔纳米颗粒(a)以及厚度为5nm的介孔微粒(b)的离子液体电解质的体积传导率的一半。

对于包含本公开一些实施方式的连续介孔电介质材料的固体纳米复合电解质材料，厚度小于2nm的离子液体涂层将是足够的。此外，图8所示结构显示出，对于复合颗粒基材料(a)和(b)，离子传导率并未超过本体离子传导率。然而，对于介孔连续基质基材料(c)，可以超过本体传导率(依赖于相对离子液体电解质体积)。这说明离子传导率的界面增强确实存在，并且其对于根据本公开一些实施方式的固体纳米复合电解质材料的总离子传导率具有正面影响。

[0093] 与颗粒基材料(a)和(b)相反，在本公开的材料(c)中，如果电解质层在介孔电介质材料内表面上形成连续的、基本不间断的涂层，则可以获得增强的总离子传导率。电解质涂层的任何中断都可能导致离子传导路径中断，从而导致连接的孔的数量减少，由此导致总离子传导率下降。空的孔不会有助于离子传导。因此，优选内表面的大部分、优选所有内表面均涂覆或覆盖有电解质层。在优选实施方式中，电解质层含有一些单层，例如，至少两层至三层的单层，但本公开不限于此。在一些实施方式中，孔可以用电解质完全填充，例如，取决于孔径和电解质单层厚度。[0094] 进一步的要求是电介质基质(例如，二氧化硅)和涂覆在其内表面上的电解质层之间的相互作用提供了离子传导增强。电介质和电解质材料的任何组合都不是这样的。例如，实验显示(XubinChen等人，“用于锂离子电池的100nm薄膜固体复合电解质(100nmThin?FilmSolid?CompositeElectrolyteforLithium?IonBatteries)”，先进材料界面(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)不能为LiClO4和PEG(聚乙二醇)的混合物提供离子传导增强。显示出由于多孔二氧化硅结构中电解质的粘度——与传导率成反比——增加，锂离子传导率低于纯LiClO4?PEG聚合物电解质。可以以实验方式确定提供离子传导增强的电介质材料和电解质层的合适组合。[0095] 在第二方面中，本公开提供了一种固体纳米复合电解质层，其含有本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料。固体纳米复合电解质层可以设置在基材上。例如，基材可以包括半导体材料(例如，硅)、金属(例如，金属箔)、碳纳米片、塑料箔或陶瓷材料如硅酸盐，但本公开不限于此。基材可以包括不同层的堆叠体，或者由不同层的堆叠体组成。例如，本公开第二方面的固体纳米复合电解质层用作离子嵌入电池的固体电解质层时，基材可以包括载体基材(例如，硅载体基材)以及设置于其上的电极层和集电层。[0096] 在本公开第二方面的有利实施方式中，固体纳米复合电解质层包含多个互连孔，其从层的第一表面侧(例如，面对基材的表面)不间断地延伸到与第一层相反的第二表面侧(例如，第二表面侧是朝着远离基材的层表面)而没有中断的，并且连续的、基本不间断的电解质层覆盖该层的内表面，其中，电解质层从纳米复合电解质层的第一表面侧不间断地延伸到第二表面侧。有利的是，这导致形成用于纳米复合电解质层的相对表面之间离子传导增强的连续路径。这可能导致穿过纳米复合电解质层(例如，在电池单元或电池的第一电极层和第二电极层之间)的离子传导率高于仅由电解质层组成的本体电解质层的本体传导率。[0097] 在第三方面中，本公开提供了一种复合离子嵌入电极，其含有本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料和活性电极材料的混合物。复合离子嵌入电极可以是薄膜电极，例如，用作薄膜固态离子嵌入电池中的电极层。在其它实施方式中，复合离子嵌入电极可以是颗粒基或丸粒基电极，例如，例如，用作颗粒基(“陶瓷”)固态离子嵌入电池单元或电池中的电极层。[0098] 在第四方面中，本公开提供了一种固态电池单元和固态电池，其含有本公开第二方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质层。固态电池可以是薄膜电池或陶瓷电池。[0099] 在第五方面中，本公开提供了一种固态电池单元和固态电池，其含有本公开第三方面的实施方式所述的复合离子嵌入电极。固态电池可以是薄膜电池或陶瓷电池。[0100] 在第六方面中，本公开提供了用于形成本公开第一方面的实施方式所述的固体纳米复合电解质材料方法。根据第六方面的用于形成固体纳米复合电解质材料的方法包括：获得(提供、形成)含有电介质材料前体、第一偶极化合物或第一离子化合物、第二离子化合物或盐、去离子水和溶剂(优选醇)的溶液；通过诱导溶液的凝胶化将溶液转化为固体材料，从而形成凝胶；以及然后使该凝胶干燥以形成固体纳米复合电解质材料。

[0101] 在本公开第六方面所述的方法的有利实施方式中，电介质材料前体可以是二氧化硅前体或氧化铝前体或它们的混合物；第一偶极化合物和第一离子化合物可以是有机盐、有机络合物、共晶盐或液体金属盐，例如，离子液体；并且第二离子化合物或盐可以包含金+属盐，所述金属盐含有金属阳离子和去极化大型阴离子，所述金属阳离子为例如选自Li 、+ + 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ ? ? ?

Na、K、Ca 、Mg 、Cu 、Al 、Co 和Ni ，所述去极化大型阴离子为例如选自ClO4 、BF4 、PF6、? ?

TFSI和BETI，但本公开不限于此。

[0102] 本公开第六方面的方法的优点在于其仅需要单个制造步骤，更具体地说，单个的基于溶胶?凝胶的制造步骤，从而同时形成介孔电介质材料和覆盖其内表面的电解质层。换言之，不需要首先形成含有多个互连孔的介孔电介质材料、并且随后用电解质层覆盖介孔电介质材料的内表面。不同的是，这些步骤可以组合在单个溶胶?凝胶制造步骤中。形成具有多个互连孔的介孔电介质材料并用电解质层涂覆其内表面可以同时进行，即，组合在单个制造步骤中。[0103] 使用溶胶?凝胶纳米复合电解质制造工艺的另一个优点是，其可以用纳米复合电解质浸渍电池单元电极，例如，颗粒基或丸粒基电极，从而形成包含活性电极材料和固体纳米复合电解质的混合物的复合电极。其允许形成致密的复合电极结构，因为在溶胶?凝胶方法中所用的凝胶化和干燥工艺通常意味着收缩。因此，使用该方法，可以制备具有高体积百分比的活性电极材料的非常致密的电极，获得具有高能量密度的电极。[0104] 使用本公开第六方面的一些实施方式的方法，当溶液中相对量(相对于电介质材料前体的量)的电解质材料超过x的某个阈值x阈值(其中，x是指一方面的第一离子化合物或第一偶极化合物和第二离子化合物或盐的摩尔量之和与另一方面的电介质材料前体的摩尔量之间的摩尔比)时，可以形成覆盖(而不中断)电介质材料内表面的连续的不间断表面电解质层或涂层。该阈值x阈值取决于所使用的第一偶极化合物或第一离子化合物的类型以及第二离子化合物或盐(例如锂盐)的类型和浓度。为了使x的值进一步增加到大于阈值x阈值，仍然可以实现形成覆盖内表面而不间断的连续不间断表面电解质层，但是当x超过某个临界值x临界时，离子液体电解质含量可能过高而无法形成这样的不间断层。在高于x临界的x值下，介孔电介质材料的形成可能会被阻止，而是可能会形成具有较大孔且表面积较小的电介质材料(导致较小的离子传导率)，或者可以在离子液体电解质内形成不连续的电介质颗粒。对于所选的材料组合，可以以实验方式确定x阈值和x临界的值。[0105] 添加到二氧化硅溶胶?凝胶化合物中的电解质材料的本体形式(bulkform)可以是液体或固体。其可以包括第二离子化合物或盐(例如金属盐，如锂盐)以及溶剂化介质或分子(第一偶极化合物或第一离子化合物)[例如有机盐(例如，离子液体)或聚合物(聚乙二醇或PEG或其衍生物)，其分别是在离子液体电解质(ILE)和聚合物电解质(聚环氧乙烷或PEO电解质)中的溶剂化介质]的混合物。在优选实施方式中，溶剂化介质具有形成配位键以使金属阳离子(例如，Li+离子)稳定的能力，但缔合非常弱，因此，金属阳离子例如，Li+离子)可以轻松地从一个配位点移动到另一个配位点。[0106] 根据本公开一些实施方式的固体纳米复合电解质材料可以借助于“单步”溶胶?凝胶工艺来形成。例如，可以通过首先提供包含二氧化硅前体(例如TEOS或PEOS，但本公开不限于此)、溶剂(例如，1?甲氧基?2?丙醇或PGME，但本公开不限于此)、锂盐(例如，LiTFSI或LiClO4，但本公开不限于此)、H2O和致孔剂(其也用于锂离子溶剂化)和/或表面传导促进剂(例如[BMP][TFSI]或PEG)的溶液来形成包含介孔二氧化硅材料和锂离子基电解质的纳米复合电解质材料。在该溶液中，Li盐可以用作催化剂。这意味着，与大多数现有技术解决方案不同，不需要向前体溶液中添加酸性组分，其优点在于，这可以导致与其上可以提供固体纳米复合电解质材料的多种类型基材(例如，电极层)的相容性得到改善。有机盐可以用作致孔剂和锂离子溶剂化介质。固化可以在低温下进行，例如在低于120℃的温度下进行。然而，这仅是实例，本公开不限于此。[0107] 例如，对于锂离子基材料，溶液可以包含：[0108] ?第二离子化合物或盐，例如：双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)锂盐，或其他锂盐，例如高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、三(全氟乙基)三氟磷酸锂、氟代烷基硼酸锂或双作用分离(achtungtrennung)(草酸)硼酸锂，但本公开不限于此；[0109] ?去离子H2O；[0110] ?第一偶极化合物或第一离子化合物，例如：N?丁基,N?甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺([BMP][TFSI])离子液体，所述离子液体可具有有机或无机阴离子，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，但本公开不限于此；以及阳离子，例如咪唑鎓、鏻基、铵、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，阳离子上的H可以被有机基团例如丁基、甲基或乙基取代，但本公开不限于此；在优选实施方式中，选择在合成条件下和在电池运行条件下均(电)化学稳定的阴离子/阳离子组合；[0111] ?电介质材料前体，例如，烷基硅酸盐前体原硅酸四乙酯(TEOS)，或另一种硅酸盐前体，例如四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、双(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，但本公开不限于此；以及[0112] ?溶剂，例如，1?甲氧基?2?丙醇(PGME)，或另一种醇，例如甲醇、乙醇或异丙醇，但本公开不限于此。[0113] 在有利的实施方式中，离子液体(第一偶极化合物或第一离子化合物)与烷基硅酸盐前体(电介质材料前体)之间的摩尔比范围可以为例如0.1至2；H2O与烷基硅酸盐前体之间的体积比范围可以为约1；锂盐(第二离子化合物或盐)与离子液体的摩尔比范围可以为0.1至1；离子液体和溶剂之间的重量比范围可以为0.1至2。该溶液可以不含酸组分。然而，本公开不限于此，并且可以使用其它比率以及溶液组成。

[0114] 例如，为溶胶?凝胶法提供溶液的步骤可以包括：将Li?TFSI、H2O、BMP?TFSI、TEOS和PGME依续提供至玻璃容器中。可以使用将不同化学品添加到溶液中的任何顺序。例如，可以提供0.22gLi?TFSI、0.75mlH2O、0.97gBMP?TFSI、0.5mlTEOS和1mlPGME。提供溶液的步骤之后是凝胶化步骤，然后进行干燥步骤。凝胶化可以例如包括使溶液在环境温度(或例如在0℃至60℃之间的温度)下保持几天，例如四到六天，直到形成凝胶，即，直到溶液转化?3为凝胶。干燥步骤可例如包括例如在低于10 毫巴的压力下，在90℃至150℃之间的温度下，将凝胶放入真空烘箱中约48小时。在实施干燥步骤之前，可以实施预烘烤步骤，例如在80℃下在真空中进行数小时，以蒸发掉大部分水分子和有机溶剂。然后，烘烤步骤导致去除了残留的水分子以及使二氧化硅材料固化，从而使二氧化硅材料凝固。然而，这仅是实例，本公开不限于此。可以使用其它溶液组成、其它胶凝化条件和其它干燥条件。

[0115] 可用于制备锂离子离子液体电解质的室温离子液体(即，在室温下为液态的离子液体)的实例为：N?丁基,N?甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺([BMP][TFSI])1?丁基,3?甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺([BMI][TFSI])。然而，本公开不限于此，并且可以使用其它离子液体。例如，可以使用熔点Tm高于室温的离子液体(即，在室温下为固体的离子液体)，例如，基于Na离子或Mg离子的离子液体电解质。一些实例是：1?丁基?3?甲基氯化咪唑鎓(Tm69℃)、1?乙基?3?甲基咪唑鎓硝酸盐(Tm38℃)和1?甲基3?甲基咪唑鎓四氟硼酸盐(Tm104℃)。

[0116] 无机盐在较高温度下也可以是液体(并用于溶解其它金属盐)，并且通常表示为“熔融盐”。实例是：氯铝酸盐和LiF?BeF2。还存在称为“低共熔盐”和“液态金属盐”的特定混合物，例如与N?甲基乙酰胺混合的硝酸锂以及与甘醇二甲醚混合的双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂。[0117] 所有这些材料都可以用作离子电解质，以添加到用于制造根据本公开一些实施方式所述的纳米复合电解质材料的一步溶胶?凝胶混合中。[0118] 下文提供了实施例，其举例说明了其中使用根据本发明第六方面实施方式的方法来形成本发明第一方面和第二方面所述的固体纳米复合电解质材料和固体纳米复合电解质层的实验。提供这些实施例用于解释本公开的优点和实施方式，并且有助于本领域技术人员还原本公开内容以进行实践。然而，这些实施例不应被解释为以任何方式对本公开进行限制。[0119] 根据本公开实施方式制造了纳米复合电解质材料。在第一实验中，将含有0.5mlTEOS、0.5mlH2O、1mlPGME、Li?TFSI锂盐和[BMP][TFSI]离子液体的溶液用作溶胶?凝胶法的基础。在第二实验中，将含有0.5mlTEOS、0.5mlH2O、1mlPGME、Li?TFSI锂盐和[BMI][TFSI]离子液体的溶液用作溶胶?凝胶法的基础。在两种情况下，锂盐与离子液体之间的摩尔比为0.34，并且离子液体电解质与TEOS前体之间使用不同的摩尔比x，更具体地说x为：0.1、0.25、0.5、1.0和1.5。胶凝化后，使凝胶在120℃下进行干燥。

[0120] 图9显示了对于如下不同离子液体，由所制造的固体纳米复合电解质材料测得的归一化离子传导率(相对于相应离子液体电解质的本体离子传导率进行归一化)与摩尔比x(如上所述)之间的函数关系：与Li?TFSI盐结合的[BMI][TFSI](菱形)和[BMP][TFSI](正形)。从这些实验结果可以得出结论：对于所示的实施例，相对于摩尔比x(x阈值)存在一个下限，大于该下限可实现离子传导率的提高。低于该下限，测定出离子传导低于通过本体电解质层的离子传导。这可能表明需要最小摩尔比以使介孔二氧化硅材料的内表面完全覆盖，即，在介孔二氧化硅材料的内表面上形成连续且基本不间断的电解质层。在所示实施例中，基于[BMI][TFSI]的纳米复合电解质材料获得了最高的离子传导率增强。[0121] 图10显示对于在添加有锂盐的溶胶?凝胶前体溶液中离子液体电解质与二氧化硅+ ? + ?的不同摩尔比x(0.34摩尔[Li][TFSI ]每1[BMP][TFSI ])(实心符号)以及对于离子液体溶液中的纯或本体锂盐(空心圆圈)，由使用溶胶?凝胶法制造的纳米复合电解质材料所测量的离子传导率值与温度之间的函数关系。图10示出了x＝0.25(实心三角形)、x＝1(实心菱形)和对于x＝1.5(实心方形)的离子传导率值。对于本体离子液体电解质(空心圆)，取决于电解质材料的相，可以在离子传导率的温度依赖性方面观察到不同的状况：对于高于熔融温度Tm的温度，离子液体电解质是一种液体材料；对于低于完全凝固温度Tmh的温度，其是一种固体材料；对于介于Tm和Tmh之间的温度，其处于介观相(即，在完全液体和完全固态之体的相)。

[0122] 图11显示对于在添加有锂盐的溶胶?凝胶前体溶液中离子液体电解质与二氧化硅+ ? + ?的不同摩尔比x(0.34摩尔[Li][TFSI ]每1[BMI][TFSI ])(实心符号)以及离子液体溶液中的纯或本体锂盐(空心圆圈)，由使用溶胶?凝胶法制造的纳米复合电解质材料所测量的离子传导率值与温度之间的函数关系。显示了x＝0.1(实心三角形)、x＝0.25(实心菱形)和对于x＝1(实心方形)的离子传导率值。

[0123] 参考曲线代表本体离子液体电解质(图10中的[BMP+][TFSI?]离子液体和[Li+]? + ? + ?[TFSI]盐；图11中的[BMI][TFSI]离子液体和[Li][TFSI]盐)的离子传导率与温度相关性)，它显示与液体电解质(ILE)相有关的不同区域：在ILE为液体的高于熔点(Tmp)的第一区域；低于熔点但高于完全凝固温度Tmph的第二区域和ILE为固体的低于完全凝固温度的第三区域。在第二区域中，ILE处于介观相，即，在完全液体和完全固体之间的相。这与在不同温度下凝固的离子液体混合物的分子之间存在多个分子键有关。当一个键影响其它分子相互作用时，会在一个温度范围而不是一个独特的温度下发生凝固。在图10和图11所示的结果中，对于纳米复合电解质材料，在较低的x值范围内观察到相似的离子传导率温度依赖性，所述纳米复合电解质材料包含内表面涂覆有电解质层的介孔电介质材料。对于该x值范围，纳米复合电解质材料的离子传导率低于相应本体电解质的离子传导率。但是，较高的x值范围可以观察到不同的离子传导率温度依赖性，这表明在所示的整个温度范围内均存在介观相(mesophase)。在该x值范围内，纳米复合电解质材料的离子传导率高于相应本体电解质的离子传导率。这表明存在x的阈值x阈值，大于该阈值可实现离子传导率的增加。该阈值x阈值+ ? + ?

取决于所使用的材料。例如，[BMP][TFSI](图10)的x阈值小于1.5但高于1；[BMI][TFSI ](图11)的x阈值小于1但高于0.25。对于其他材料组合，可以根据不同x值下离子传导率温度依赖性测量值与温度之间的函数关系，通过实验确定阈值x阈值。

[0124] 图10和图11显示了电解质材料的结果，其中，使用0.34的[Li+][TFSI?](一方面)和+ ? + ?[BMP ][TFSI]或[BMI ][TFSI](另一方面)之间的摩尔比，这对应于本体离子液体电解质+ ?

中1M的锂离子浓度。针对[BMP][TFSI]离子液体基材料的其它摩尔比进行了额外的实验。

表1中显示了x＝1和x＝1.5的结果。作为参考，表1还显示了相应本体离子液体电解质(ILE)的离子传导率值。

[0125][0126] 表1[0127] 观察到，通过在表1所示的范围内增加[Li+][TFSI?]的浓度(通过增加Li盐与离子+ ? + ?液体之间的摩尔比)，[Li][TFSI ]+[BMP][TFSI]混合物(本体离子液体电解质)从液态经粘性态(浆状质地)变为软固体(软蜡质地)。(使用根据本公开的溶胶?凝胶法)用这些组合还制备了固体纳米复合电解质材料，所述固体纳米复合电解质材料包含二氧化硅介孔材料以及覆盖其内表面的相应电解质层。例如，对于x＝1和(1：1)的Li与离子液体的摩尔比，获得了比本体ILE略高的离子传导率，这也表明在这种情况下获得了界面传导率增强效果。结果表明，x阈值的值不仅取决于所使用的材料(如图10和图11所示)，而且取决于溶胶?凝胶溶液中所用离子液体和Li之间的比率。对于其他比率，可以以实验方式确定阈值x阈值。

[0128] 在根据本公开一些实施方式的实施方式中，优选选择良好地溶解在电介质材料前体中、不会与水或醇反应、在高达至少180℃下是热稳定的、具有宽电化学窗口和高本征离子传导率(intrinsicionicconductivity)的有机盐。在优选实施方式中，所述液体盐用作致孔剂。有机盐可以在室温下是液体的，并且其熔融温度可以高于室温。[0129] 当选择锂盐时，优选选择具有可极化大型阴离子的盐。具有可极化大型阴离子的+优点在于其与Li的缔合减少，这可导致Li盐的溶剂化得到改善。

[0130] 上述说明详细描述了本公开的某些实施方式。但是应理解，不管前述内容在文本中显得多么详尽，都可以多种方式实施本发明。应注意，当描述本公开某些特征或方面时特定术语的使用不应理解为表示该术语在此被重新限定为局限于包括与该术语相关的本公开特点或方面的任何特定特征。[0131] 应理解，虽然本文已对本公开器件的优选实施方式、特定构造和构型以及材料进行了讨论，可对形式和细节进行各种改变或修改，而不背离本公开的范围。例如，可以使本公开范围内的所述方法的步骤增加或减少。