有机硅环氧醚组合物、其制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及有机硅环氧组合物、其制备方法及其用途。在一个实施方案中，本发明专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅烷环氧聚醚。在另一个实施方案中，本发明专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅氧烷环氧聚醚。在又一个实施方案中，本发明专利技术涉及有机硅环氧聚醚组合物，所述组合物适合在锂基电池、电化学超级电容器或任何其它电化学装置中用作电解质溶剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机硅环氧醚组合物、其制备方法及其用途相关申请的交叉引用本申请要求2012年1月10日递交的名称为“有机硅环氧醚组合物、其制备方法及其用途”的美国临时专利申请号61/584,961的权益，该申请通过引用全文并入此申请中。专利
本专利技术涉及有机硅环氧组合物、其制备方法及其用途。在一个实施方案中，本专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅烷环氧聚醚。在另一个实施方案中，本专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅氧烷环氧聚醚。在又一个实施方案中，本专利技术涉及有机硅环氧聚醚组合物，所述组合物适合在锂基电池和其它能量存储装置中用作电解质溶剂。专利技术背景大多数锂离子电池使用含有锂盐的碳酸烷基酯基的液体溶剂的混合物作为电解质。这些溶剂在与锂盐一起使用时具有在阳极和阴极周围形成稳定的钝化膜的能力，这对于电池的平稳有效运行是必要的特征。然而，这些电解质是高反应性的和可燃的，并因此潜在地是不安全的。由此，使用该类电解质的电池尤其是当过度充电或经受超过125℃-130℃的温度时会着火或爆炸。鉴于上述情况，需要找到可以提供更安全的锂离子电池的可替代的电解质溶剂。各种出版物中公开的一种可能的替代电解质溶剂是有机硅聚醚。这些溶剂具有非常高的闪点(通常在250℃以上)并且与锂电池中通常使用的碳酸烷基酯溶剂相比具有更好的阻燃性能。有机聚合物组合物在其于Li离子电池中的使用方面的缺点之一是，由于在所述体系中各离子种类的低的迁移率，所以该类组合物通常具有极差的离子电导率(大约10–14S/cm)。Wright论述了一种可能的解决方案(参见，例如P.V.Wright；Polymer；1973；14；第589页)，他发现聚环氧乙烷(PEO)与其它固体聚合物相比具有大若干数量级的离子电导率(大约10–6S/cm)。所述电导率的增加通过聚合物中聚环氧乙烷链转移锂离子的能力得以解释。所述转移通过链跳跃(chainhopping)发生，聚环氧乙烷链的高度的链段运动促进了所述转移。Armand等提出了使用该类化合物作为电解质制备二次锂离子电池(参见,例如Armand等；SecondInternationalConferenceonSolidElectrolytes；St.Andrews,UK；20thto22nd，1978年9月；Paper6.5)。在这两个出版物中所含的公开内容中，显示了与碱金属盐复合的聚环氧乙烷(PEO)可以充当离子导体，但是其离子电导率在室温下太低(大约10–6S/cm)而不能用于任何实际应用中。这主要归因于PEO的结晶性。关于锂离子电池中使用的碳酸烷基酯基的电解质，这些化合物通常具有10–3S/cm-10–2S/cm范围的离子电导率。在锂离子电池中，尤其是为了达到高的功率密度的一个主要要求是，在室温下(即：大约25℃)必须达到离子电导率大于10–3S/cm。尽管有机硅聚醚作为达到这一性能水平的可能的用于锂离子电池的电解质溶剂候选物已经研究了二十多年，但是大多数这些聚醚具有小于10–3S/cm的离子电导率。转到美国专利申请公开号2009/0035656，此公开文本公开了含有缩水甘油醚官能度的硅氧烷组合物。在此公开文本中公开的化合物之一是硅烷烷氧基缩水甘油醚(例如，如下面式(I)中所示的二甲氧基或二乙氧基硅烷缩水甘油醚)。在所述专利中没有报道离子电导率数据。用溶解在此溶剂中的锂盐(1MLiClO4)进行的纽扣电池试验报道了69％的电荷放电效率。转到美国专利号7,695,860，此专利公开了具有没有间隔基地附加在硅氧烷链上的聚醚的硅氧烷聚醚电解质。该类电解质据说提供了与带有间隔基的那些相比更高的离子电导率。下面在式(II)中说明了该类化合物的通式，其中n和m是表示如美国专利号7,695,860中定义的重复单元数的数值(整数或分数)。在一个实施方案中(美国专利号7,695,860的实施例2)，n等于7，m等于大约6.3；R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R9和R10都是甲基(–CH3)；且R4选自下面式(III)所示的组，其中例如k等于3。转到美国专利申请公开号2005/0170254，此公开文本公开了与有机硅碳酸烷基酯(B)共混的有机硅聚醚低聚物(A)。LiBOB和LiTFSI盐溶解于例如基于下面所示的通式的(A)+(B)或(C)+(B)的混合物中。所述有机硅烷基碳酸酯主要用于增加锂盐在所给出的溶剂中的溶解。在此公开文本中报道的最大室温离子电导率为0.2x10–3S/cm。转到美国专利申请号7,466,539，此专利公开了用于基于如下面反应中说明的下述化合物的双层电容器的电解质。因此，存在尚未解决的需要和希望有可用在锂基电池中的电解质组合物。专利技术概述本专利技术涉及有机硅环氧组合物、其制备方法及其用途。在一个实施方案中，本专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅烷环氧聚醚。在另一个实施方案中，本专利技术的有机硅环氧醚组合物是含有至少一个环氧官能度的硅氧烷环氧聚醚。这里所用的术语有机硅化合物包括硅烷和硅氧烷化合物。在又一个实施方案中，本专利技术涉及有机硅环氧聚醚组合物，所述组合物适合在锂基电池、电化学超级电容器和任何其它电化学装置中用作电解质溶剂。在一个实施方案中，本专利技术涉及含硅的聚醚电解质溶剂组合物，其包含：(a)至少一种选自下面结构表示的组成的化合物：M1aM2bD1cD2dT1eT2fQg其中M1选自R1R2R3SiO1/2或M'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的一价有机基；其中M2选自R4R5R6SiO1/2；其中D1选自R7R8SiO2/2或D'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的二价有机基；其中D2选自R9R10SiO2/2；其中T1选自R11SiO3/2或T'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的三价有机基；其中T2选自R13SiO3/2；其中Q选自SiO4/2或Q'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的四价有机基；和其中a、b、c、d、e、f和g独立地选自0或正整数，条件是0<a+b+c+d+e+f+g<50且b+d+f+g>0。在一个实施方案中，R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R10和R11各自独立地选自具有1-大约10个碳原子的一价烃基；具有1-大约10个碳原子的含杂原子的一价烃基，其中所述一个或多个杂原子选自一个或多个卤素、O、N或它们的任意两个或更多个的组合；或一价聚环氧烷残基。在一个实施方案中，R4、R9和R13各自独立地选自含有环氧乙烷部分的一价基，条件是如果R4、R9和R13中没有一个含有聚环氧烷残基，则R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R10、R11、M'、D'、T'或Q'中的至少一个含有聚环氧烷残基。在另一个实施方案中，本专利技术涉及含硅的聚醚电解质溶剂组合物，其包含：(a)至少一种选自下面结构表示的组成的化合物：其中式(V)的化合物的PEG部分为–(OCH2CH2)4OCH3。在又一个实施方案中，本专利技术涉及根据下面的反应流程制备硅基电解质溶剂组合物的方法：在又一个实施方案中，本专利技术涉及根据下面的反应流程制备硅基电解质溶剂组合物的方法：专利技术详述本专利技术涉及有机硅环氧组合物、其制备方法及其用途。在一个实施方案中，本专利技术的有机硅环氧醚组本文档来自技高网...

【技术保护点】
含硅的聚醚电解质溶剂组合物，其包含：(a)至少一种选自下面结构表示的组成的化合物：M1aM2bD1cD2dT1eT2fQg其中M1选自R1R2R3SiO1/2或M'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的一价有机基；其中M2选自R4R5R6SiO1/2；其中D1选自R7R8SiO2/2或D'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的二价有机基；其中D2选自R9R10SiO2/2；其中T1选自R11R12SiO3/2或T'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的三价有机基；其中T2选自R13R14SiO3/2；其中Q选自SiO4/2或Q'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的四价有机基；和其中a、b、c、d、e、f和g独立地选自0或正整数，条件是0<a+b+c+d+e+f+g<50且b+d+f+g>0。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.10 US 61/584,9611.含硅的聚醚电解质溶剂组合物，其包含：(a)至少一种选自下面结构表示的组成的化合物：M1aM2bD1cD2dT1eT2fQg其中M1选自R1R2R3SiO1/2或M'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的一价有机基；其中M2选自R4R5R6SiO1/2；其中D1选自R7R8SiO2/2或D'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的二价有机基；其中D2选自R9R10SiO2/2；其中T1选自R11SiO3/2或T'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的三价有机基；其中T2选自R13SiO3/2；其中Q选自SiO4/2或Q'含有一个或多个杂原子O、N和/或S的四价有机基；R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R10和R11各自独立地选自具有1-10个碳原子的一价烃基；具有1-10个碳原子的含杂原子的一价烃基，其中所述一个或多个杂原子选自一个或多个卤素、O、N或其中任意两个或多个的组合；或一价聚环氧烷残基；R4、R9和R13各自独立地选自含有环氧乙烷部分的一价基，条件是如果R4、R9和R13中没有一个含有聚环氧烷残基，则R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R10、R11、M'、D'、T'或Q'中的至少一个含有聚环氧烷残基；和其中a、b、c、d、e、f和g独立地选自0或正整数，条件是0<a+b+c+d+e+f+g<50且b+d+f+g>0。2.权利要求1所述的组合物，其中所述聚环氧烷选自下面结构表示的组:–(CH2CH2O)m(CH2CH(CH3)O)n(CH2CH2CH2O)z–其中m是正整数；其中n和z独立地为0或正整数，条件是0<m+n+z<20。3.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂。4.权利要求3所述的组合物，其中所述锂盐选自LiClO4、LiCF3SO3、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiTFSI、LiBOB中的一种或多种，或它们的任意两种或更多种的组合。5.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达2M。6.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1.9M。7.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1.8M。8.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1.7M。9.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1.5M。10.权利要求1-2任一项的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1.2M。11.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述组合物是用于至少一种锂盐的电解质溶剂并且其中所述电解质溶剂能够使所述至少一种锂盐增溶至多达1M。12.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中根据权利要求1的组合物与至少一种锂盐的组合产生在室温下具有大于0.5mS/cm的离子电导率的溶液。13.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中根据权利要求1的组合物与至少一种锂盐的组合产生在室温下具有大于1mS/cm的离子电导率的溶液并且其中该溶液不含一种或多种碳酸烷基酯化合物。14.权利要求1-2任一项所述的组合物，其中所述电解质溶剂组合物进一步包含1体积％至10体积％的一种或多种选自烯丙基缩水甘油醚、二甘醇单甲醚、烯丙基甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼拉·古谱塔，卡蒂凯杨·希瓦苏布拉马尼亚姆，蒙吉特·普坎，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US