官能化硅烷和包含其的电解液组合物及电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了结构R

Functionalized silane and electrolyte composition containing the same, and electrochemical device

The present invention describes the structure R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】官能化硅烷和包含其的电解液组合物及电化学装置相关申请的交叉引用在此要求2014年10月3日提交的美国临时申请62/059,663号的优先权，所述申请结合到本文中。背景在锂离子电池中的液体电解液(质)通常包含在碳酸亚乙酯(EC)和诸如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲乙酯(EMC)的一种或多种共溶剂的有机溶剂共混物中的锂盐，通常为LiPF6。遗憾的是，LiPF6在这些碳酸酯溶剂中在高于60℃下以及在超过4.3伏的充电电压下不稳定。在高于这些温度或压力下操作锂离子电池导致电极材料和电池性能快速变劣。另外，当前的锂离子电解液溶剂表现出约35℃的闪点，且是在极端锂离子电池故障期间释放的能量的主要来源。鉴于这些显著的限制，目前的电解液阻碍了用于包括便携式产品、电力驱动车辆(EDV)和公用事业规模使用的所有用途的高级锂离子电池的发展。大型锂离子电池还需要大大降低电池故障率以有效地服务在EDV和电网存储(gridstorage)中的应用。因此，对于能量存储装置诸如锂离子电池中的改善的电解液溶液存在长期且未满足的需求。专利技术概述本文公开了在电化学装置中用作电解液溶剂以及其他用途的有机硅(OS)化合物。一般来讲，OS化合物是环境友好、不可燃、耐高温的材料。这些特性使得OS材料非常适合用作储能装置中的电解液溶剂、粘合剂和涂料。基于OS的电解液与所有基于锂(Li)的电化学系统相容，所述电化学系统包括一次和可再充电电池(即，锂-离子电池、Li-空气电池)和电容器(即，超级电容器(super/ultra-capacitor))。将基于OS的电解液设计到锂电池的方法涉及在电池设计中的有限变化，且这些电解液可采用现有制造工艺和设备结合到生产操作中。本文所述的OS化合物可用作替代在传统锂离子电池中的基于碳酸酯的溶剂系统的液体电解液溶剂。所述基于OS的溶剂在Li离子电池中的性能和滥用宽容(abusetolerance)方面提供显著的改善，包括增加热稳定性以延长在高温下的寿命，增加电解液闪点以改善安全性，增加电压稳定性以允许使用高电压阴极材料并实现更高的能量密度，降低电池故障率以与用于EDV和电网存储应用中的大型锂电池的要求一致，以及与当前在Li离子电池中使用的材料相容以便于在当前设计中采用。也已经证明在采用基于OS的电解液的情况下双电层电容器(EDLC)装置的功能。本文所述的OS化合物可用于基于OS的电解液共混物中以满足在工业、军事和消费产品装置中的具体应用的要求。所述化合物和电解液制剂的目的和优势将从以下详述和附图中更充分地显现。因此，本文公开了：1.一种化合物，其选自：其中：“a”为1至4的整数；“b”为0至(3xa)的整数；当“b”=0时，“Z”不存在，否则“Z”选自“R”和其中“R”各自独立地选自卤素；C1-6直链或支链的烷基、烯基或炔基；和C1-6直链或支链的卤烷基、卤烯基或卤炔基；在式I和II中的“Sp”各自独立地选自C1-15直链或支链的亚烷基和C1-15直链或支链的卤亚烷基；且在式I中的“Y”各自独立地选自有机极性基团。2.权利要求1的化合物，其中“Y”各自独立地为选自以下的有机极性基团：其中弯曲键表示C2-6亚烷基(akylene)桥连部分。3.权利要求2的化合物，其中“Y”各自独立地为选自以下的有机极性基团：。4.权利要求3的化合物，其中“R”各自独立地选自氟和C1-6直链或支链的氟烷基、氟烯基或氟炔基；且在式I和II中的“Sp”各自独立地选自C1-15直链或支链的氟亚烷基。5.权利要求1至4中任一项的化合物，其中“a”为1且“b”为0-3。6.权利要求5的化合物，其中“b”为1且“Z”为“-R”。7.权利要求5的化合物，其中至少一个“R”为氟且“Sp”各自独立地选自C1-6直链亚烷基和C1-6直链氟亚烷基。8.权利要求1至4中任一项的化合物，其中“a”为2且“b”为0-6。9.权利要求7的化合物，其中“b”为1且“Z”为“R”。10.权利要求7的化合物，其中至少一个“R”为氟且“Sp”各自独立地选自C1-6直链亚烷基。11.权利要求1至4中任一项的化合物，其中“a”为3且“b”为0-9。12.权利要求11的化合物，其中“b”为1且“Z”为“R”。13.权利要求11的化合物，其中至少一个“R”为氟且“Sp”各自独立地选自C1-6直链亚烷基。14.权利要求1至4中任一项的化合物，其中“a”为4且“b”为0-12。15.权利要求14的化合物，其中“b”为1且“Z”为“R”。16.权利要求14的化合物，其中至少一个“R”为氟且“Sp”各自独立地选自C1-6直链亚烷基。17.权利要求1至4中任一项的化合物，其中至少一个“R”为氟。18.一种电解液组合物，其包含权利要求1至4中任一项所述的化合物以及盐。19.权利要求18的电解液组合物，其中所述盐为含锂盐。20.一种电化学装置，其包含权利要求18中所述的电解液组合物。在所述化合物的进一步限定的变型中，“Y”各自独立地为选自以下的有机极性基团：。另外，“Y”各自可任选地且独立地为选自以下的有机极性基团：。在所述化合物的一个供选变型中，“a”为1，且“b”为0-2；任选地“b”为1且“Z”为R。在该变型中，一个任选的实施方案为，至少一个“R”为氟，且“Sp”各自独立地选自可被氟代的直链或支链的亚烷基。在所述化合物的另一供选变型中，“a”为2，且“b”为0-6；任选地，“b”为1，且“Z”为R。在该变型中，一个任选的实施方案为，至少一个“R”为氟，且“Sp”各自独立地选自可被氟化的C1-6直链或支链的亚烷基。在所述化合物的又一供选变型中，“a”为3，且“b”为0-9；任选地，“b”为1，且“Z”为R。在该变型中，一个任选的实施方案是，至少一个“R”为氟，“Sp”各自独立地选自可被氟化的C1-6直链或支链的亚烷基。在所述化合物的还一供选变型中，“a”为4，“b”为0-12；任选地，“b”为1，且“Z”为R。在该变型中，一个任选的实施方案是，至少一个“R”为氟，且“Sp”各自独立地选自可被氟化的C1-6直链或支链的亚烷基。本文还公开了包含本文的化合物以及盐的电解液组合物。含锂盐是优选的。本文还公开了包含所述电解液组合物的电化学装置。由于下标“a”和“b”的性质，以下上位结构明确地在本文公开并要求保护的化合物的范围内：。各种R基团如上文对“R”所定义；Sp如上所定义，Y如上所定义。优选地，在所述化合物的所有变型中，Y为可配位Li+的有机极性基团。当极性基团Y具有二(2)或更大的化合价时，它将具有多于一个取代位点。因此，可存在多于一个通过间隔基团键合到Y的硅原子，如上文对于Z的定义中所述。因此，以下结构也明确地在本文公开并要求保护的化合物的范围内：等。在所述化合物的所有变型中，“卤素”包括氟、氯、溴和碘。氟和氯为优选的卤素取代基。术语“盐”在本文中以其常规化学意义使用，是指由酸和碱的中和反应产生的离子化合物。如本文所用，盐被有目的地广泛定义为包括所有的盐，包括但不限于钠盐、锂盐、镁盐、硼酸盐、磷酸盐等。非限制性实例包括六氟磷酸钠、高氯酸钠、双-三氟甲磺酰亚胺钠、六氟磷酸镁、高氯酸镁、双-三氟甲磺酰亚胺镁、四氟硼酸镁、三氟甲基磺酸镁、四氟硼酸四乙基铵(TEA-T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物，其选自：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.03 US 62/0596631.一种化合物，其选自：其中：“a”为1至4的整数；“b”为0至(3xa)的整数；当“b”=0时，“Z”不存在，否则“Z”选自“R”和其中“R”各自独立地选自卤素；C1-6直链或支链的烷基、烯基或炔基；和C1-6直链或支链的卤烷基、卤烯基或卤炔基；在式I和II中的“Sp”各自独立地选自C1-15直链或支链的亚烷基和C1-15直链或支链的卤亚烷基；且在式I中的“Y”各自独立地选自有机极性基团。2.权利要求1的化合物，其中“Y”各自独立地为选自以下的有机极性基团：其中弯曲键表示C2-6亚烷基桥连部分。3.权利要求2的化合物，其中“Y”各自独立地为选自以下的有机极性基团：。4.权利要求3的化合物，其中“R”各自独立地选自氟和C1-6直链或支链的氟烷基、氟烯基或氟炔基；且在式I和II中的“Sp”各自独立地选自C1-15直链或支链的氟亚烷基。5.权利要求1至4中任一项的化合物，其中“a”为1且“b”为0-3。6.权利要求5的化合物，其中“b”为1且“Z”为“-R”。7.权利要求5的化合物，其中至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA佩纳韦索，D奥斯马洛夫，董剑，M尤斯里，M波利纳，杜鹏，周柳，T约翰逊，D吉尔伯特，R韦斯特，
申请(专利权)人：塞勒创尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US