用于高能锂离子电池组用电解质组合物的氰基烷基磺酰氟制造技术

本发明专利技术涉及用于电解质组合物中的式(I)化合物，其中q为1、2或3，r为1、2或3并且Y为具有1‑12个碳原子的q+r价非氟代亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被F替代。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高能锂离子电池组用电解质组合物的氰基烷基磺酰氟本专利技术涉及式(I)化合物及其在电化学电池用电解质组合物中的用途，包含一种或多种式(I)化合物的电解质组合物和包含该类电解质组合物的电化学电池：其中q为1、2或3，r为1、2或3，以及Y为具有1-12个碳原子的q+r价亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代。储存电能是一个人们的兴趣仍在增长的课题。有效储存电能允许在有利的时候产生电能并在需要的时候使用电能。二次电化学电池由于其化学能到电能的可逆转换且反之亦然(可再充电性)而非常适合该目的。二次锂电池组对于能量储存而言特别令人感兴趣，因为与其他电池组体系相比它们由于锂离子的原子量小而提供高能量密度和比能并且可以得到高电池电压(通常为3-5V)。由于这一原因，这些体系被广泛用作许多便携式电子产品如手机、笔记本电脑、微型照相机等的电源。在二次锂电池组如锂离子电池组中，将有机碳酸酯、醚类、酯类和离子液体用作足以溶剂化导电盐的极性溶剂。大多数现有技术中的锂离子电池组通常不包含单一溶剂，而是包含不同有机非质子溶剂的溶剂混合物。除了溶剂和导电盐之外，电解质组合物通常含有其他添加剂以改进该电解质组合物和包含所述电解质组合物的电化学电池的某些性能。常见添加剂例如为阻燃剂、过充电保护添加剂和在第一充电/放电循环过程中在电极表面上反应并因此在该电极上成膜的成膜添加剂。有机磺酰氟是一类用于改善锂离子电池组的高温性能的电解质组合物用添加剂。US9,136,560B2公开了含有烷基和链烯基单磺酰氟以在二次锂电池的循环过程中抑制气体的产生并改善高温储存特性的电解质组合物。US2009/0053612A1描述了烷基二-和齐聚磺酰氟或不饱和单磺酰氟在电解质组合物中改善储存、循环和溶胀特性的用途。EP2750238A1涉及含有额外具有羧酸衍生物基团的氟代和非氟代烷基磺酰氟的非水电解质和电池组。加入带有羧酸衍生物基团的磺酰氟以改善电池组在高温下的耐久性。WO2014/157591A1描述了包含电解质组合物的二次电池组，该电解质组合物含有具有选自氟代和非氟代烷基、链烯基、苯基、苄基等的有机基团的不同有机磺酰氟。然而，仍然需要改善电化学电池的性能并且可以经济地生产的用于电解质组合物的其他添加剂。本专利技术的目的是要提供用于电解质组合物的其他添加剂，其改善包含该电解质组合物的电化学电池的性能和电化学特性如循环稳定性、能量密度、功率容量和长保质期，尤其是在升高温度下的性能。添加剂应能经济地生产。因此，提供了开头所定义的式(I)化合物、其在电解质组合物种的用途、含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物以及包含该电解质组合物的电化学电池。包含该电解质组合物的电化学电池在升高温度下的循环过程中呈现良好的容量保持并且具有高初始库仑效率。惊人的是加入式(I)化合物也降低了在电池中产生的阻抗。因为亚烷基未被氟代，它们可以成本有效地生产。在下文中详细描述本专利技术。本专利技术的一方面涉及式(I)化合物：其中q为1、2或3，r为1、2或3，以及Y为具有1-12个碳原子的q+r价亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代。该具有1-12个碳原子的q+r价亚烷基未被氟代，即Y为具有1-12个碳原子的q+r价非氟代亚烷基。CN表示氰基，SO2F表示磺酰氟基团。q为1、2或3，优选q为1或2。r为1、2或3，优选r为1或2。r和q可以相同或不同，例如r为1且q为1，r为2且q为1，r为1且q为2，r为2且q为2，r为3且q为1，r为1且q为3，r为2且q为3，r为3且q为2，或者r为3且q为3。优选r为1且q为1或者r为2且q为2。根据一个实施方案，q+r至少为3。q+r价亚烷基Y可以是支化或线性的，优选Y为线性亚烷基。亚烷基Y衍生于具有1-12个碳原子的链烷烃，其中该链烷烃的一个或多个CH2单元可以被O替代。可以衍生出亚烷基Y的化合物的实例是甲烷、乙烷、正丙烷、异丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、正己烷、2-乙基己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、二甲基醚、乙醚、乙基甲基醚、亚乙基二乙基醚等。亚烷基Y通过用SO2F替代链烷烃的q个氢且由CN替代该链烷烃的r个氢而由相应链烷烃得到。优选亚烷基Y衍生于甲烷、乙烷、正丙烷、正丁烷、正戊烷和正己烷。q+r价亚烷基Y具有1-12个碳原子，例如Y可以具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代。优选Y为具有2-10个碳原子的q+r价亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代，更优选Y为具有2-6个碳原子的q+r价亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代。根据一个实施方案，r为2且两个磺酰氟基团在末端位置键合于亚烷基Y。根据另一实施方案，q为2且两个CN基团键合于亚烷基Y的相同碳原子。式(I)化合物的优选实例为2-氰基乙烷磺酰氟和3,3-二氰基戊烷-1,5-二磺酰氟。本专利技术的另一方面是式(I)化合物在电解质组合物，优选电化学电池用电解质组合物，例如锂离子电容器、双层电容器和锂电池组，尤其是如下所述的二次锂电池组中的用途。这些化合物可以用作在电化学电池中降低阻抗产生、降低循环和高温储存过程中的气体产生和稳定开路电压的添加剂。它们还可以用作成膜添加剂。式(I)化合物通常通过将所需量的式(I)化合物加入电解质组合物中而用于电解质组合物。它们通常以下文对含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物所给浓度使用。从化学上看，电解质组合物为包含游离离子且因此导电的任何组合物。该电解质组合物用作转移参与在电化学电池中发生的电化学反应的离子的介质。最常见的电解质组合物为离子溶液，但熔融电解质组合物和固体电解质组合物同样是可能的。因此，本专利技术的电解质组合物是导电介质，这主要是因为存在至少一种以溶解和/或熔融状态存在的物质，即导电率由离子物种的运动支持。在液体或凝胶电解质组合物中，导电盐通常在非质子有机溶剂中溶剂化。本专利技术的另一方面涉及含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物。该电解质组合物可以含有一种式(I)化合物，它可以含有不止一种，例如2、3或更多种式(I)化合物。该电解质组合物基于该电解质组合物的总重量通常含有总共至少0.01重量％，优选至少0.02重量％，更优选至少0.2重量％的该至少一种式(I)化合物。式(I)化合物在该电解质组合物中的总浓度的最大值基于该电解质组合物的总重量通常为10重量％，优选5重量％，更优选式(I)化合物的总浓度的上限基于该电解质组合物的总重量为3重量％。该电解质组合物通常基于该电解质组合物的总重量总共含有0.01-10重量％，优选0.02-5重量％，更优选0.2-3重量％的该至少一种式(I)化合物。优选该电解质组合物含有至少一种非质子有机溶剂。该至少一种非质子有机溶剂可以选自氟代和非氟代非质子有机溶剂，即该电解质组合物可以含有氟代和非氟代非质子有机溶剂的混合物。该非质子有机溶剂优选选自氟代和非氟代环状和无环有机碳酸酯、二-C1-C10烷基醚、二-C1-C4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 EP 15200845.41.一种含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物：其中q为1、2或3，r为1、2或3，以及Y为具有1-12个碳原子的q+r价非氟代亚烷基，其中亚烷基的一个或多个不直接键合于CN或SO2F的CH2单元可以被O替代。2.根据权利要求1的电解质组合物，其中亚烷基Y具有2-6个碳原子。3.根据权利要求1或2的电解质组合物，其中r为2且两个磺酰氟基团在末端位置键合于亚烷基Y。4.根据权利要求1-3中任一项的电解质组合物，其中q为2且两个CN基团键合于亚烷基Y的相同碳原子。5.根据权利要求1-4中任一项的电解质组合物，其中q为2且r为2。6.根据权利要求1或2的电解质组合物，其中q为1且r为1。7.根据权利要求1-6中任一项的电解质组合物，其中式(I)化合物选自2-氰基乙烷磺酰氟和3,3-二氰基戊烷-1,5-二磺酰氟。8.根据权利要求1-7中任一项的电解质组合物，其中所述电解质组合物基于所述电解质组合物的总重量总共含有0.01-10重量％所述至少一种式(I)化合物。9.根据权利要求1或8的电解质组合物，其中所述电解质组合物含有至少一种选自氟代和非氟代环状和无环有机碳酸酯、二-C1-C10烷基醚、二-C1-C4烷基-C2-C6亚烷基醚和聚醚、环状醚、环状和无环缩醛类和缩酮类、原羧酸酯类、羧酸的环状和无环...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩贞姬，福住武夫，M·舒尔茨多布里克，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE