金属盐、制备金属盐的方法、及各自含金属盐的电解质和电化学设备技术

本发明专利技术涉及金属盐、制备金属盐的方法、及各自含金属盐的电解质和电化学设备。金属盐包括：至少一种具有由式1‑3之一表示的杂环芳族结构的阴离子；和金属阳离子，其中,在式1‑3中，各X独立地为N、P、或As，A

Metal salts, methods for preparing metal salts, and electrolytes and electrochemical equipment containing metal salts

【技术实现步骤摘要】
金属盐、制备金属盐的方法、及各自含金属盐的电解质和电化学设备对相关申请的交叉引用本申请要求2018年11月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0141125的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，将其公开内容通过引用完全引入本文中。
本公开内容涉及包括具有杂环芳族结构的阴离子的金属盐、制备所述金属盐的方法、以及各自包括所述金属盐的电解质和电化学设备。
技术介绍
随着对现代电子设备的需求增加，需要具有更大的功率和能量密度、同时保持价格可承受性和安全性的能量存储设备。在商业化二次电池之中，锂二次电池是具有最高能量密度的高性能二次电池。锂二次电池是用于多种领域例如电动车中的电化学设备。锂二次电池可使用锂电极作为负极。锂电极具有大的每单位重量的电容量并且因此可实现较高容量的电池。对于使用锂作为负极的锂金属电池，使用具有低粘度的液体电解质例如碳酸酯或醚液体电解质。在这些液体电解质中，多孔的锂沉积层经常形成于锂金属界面处，且所述电解质在充电和放电期间与锂金属是高度反应性的。此外，当将锂盐包括在这样的液体电解质中时，其阴离子对于负极的锂金属是电化学不稳定的，从而使锂负极的效率降低。因此，对于用于电化学设备中的具有改善的电化学稳定性的金属盐例如锂盐存在持续的需求。
技术实现思路
提供具有高的电化学稳定性、导致电化学设备的效率和寿命特性的改善的金属盐。提供制备所述金属盐的方法。提供包含所述金属盐的电解质。提供包括包含所述金属盐的电解质的电化学设备。另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践而获知。根据实施方式的一个方面，金属盐包括至少一种具有由式1-3之一表示的杂环芳族结构的阴离子；和金属阳离子：式1式2式3在式1-3中，各X可独立地为N、P或As，A1和A2之一为给电子基团(EDG)，并且另一个为吸电子基团(EWG)，环Ar1和环Ar2可各自独立地为选自取代或未取代的C6-C24亚芳基和取代或未取代的C4-C24亚杂芳基的芳族基团，其中所述芳族基团可包括单个芳族环、稠合在一起的两个或更多个芳族环、或者经由如下共价连接的两个或更多个芳族环：单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-S(＝O)2-、-Si(Ra)(Rb)-(其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基)、取代或未取代的C1-C10亚烷基、或者-C(＝O)-NH-，和其中Ar1和Ar2可各自独立地为未取代的或者被选自EDG和EWG的至少一个取代，L为连接体基团，并且可为单键；-O-；-S-；-C(＝O)-；-S(＝O)2-；-Si(Ra)(Rb)-，其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基；-C(＝O)-NH-；取代或未取代的C1-C12亚烷基；取代或未取代的C2-C12亚烯基；取代或未取代的C2-C12亚炔基；取代或未取代的C6-C12亚芳基；或者取代或未取代的C4-C12亚杂芳基，其中所述连接体基团为未取代的或者被选自EDG和EWG的至少一个取代，和其中所述连接体基团可为未稠合的或者与选自Ar1和Ar2的至少一个稠合，m可为1-5的整数，和n可为1-5的整数。另一方面提供包括所述金属盐的电解质。另一方面提供包括所述电解质的电化学设备。另一方面提供制备金属盐的方法，所述方法包括使至少一种具有由式1H-3H之一表示的杂环芳族结构的化合物和金属氨化物盐反应以提供所述金属盐，其中所述金属盐包括所述杂环芳族结构的对应阴离子：式1H式2H式3H在式1H-3H中，各X独立地为N、P或As，A1和A2之一为EDG，并且另一个为EWG，环Ar1和环Ar2可各自独立地为选自取代或未取代的C6-C24亚芳基或者取代或未取代的C4-C24亚杂芳基的芳族基团，其中所述芳族基团包括单个芳族环、稠合在一起的两个或更多个芳族环、或者经由如下共价连接的两个或更多个芳族环：单键、-O-、-S-、-C(＝O)-、-S(＝O)2-、-Si(Ra)(Rb)-(其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基)、取代或未取代的C1-C10亚烷基、或者-C(＝O)-NH-，其中环Ar1和环Ar2可各自独立地为未取代的或者被选自EDG和EWG的至少一个取代，L为连接体基团，并且可为单键；-O-；-S-；-C(＝O)-；-S(＝O)2-；-Si(Ra)(Rb)-，其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基；-C(＝O)-NH-；取代或未取代的C1-C12亚烷基；取代或未取代的C2-C12亚烯基；取代或未取代的C2-C12亚炔基；取代或未取代的C6-C12亚芳基；或者取代或未取代的C4-C12亚杂芳基，其中所述连接体基团为未取代的或者被选自EDG和EWG的至少一个取代，和其中所述连接体基团可为未稠合的或者与选自Ar1和Ar2的至少一个稠合，m可为1-5的整数，和n可为1-5的整数。附图说明由结合附图考虑的示例性实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易领会，其中：图1为根据实施方式的锂金属电池的示意图；图2为根据实施方式的三维(3D)锂空气电池的示意图；图3为电极电势(伏特，相对于Li/Li+，V)对时间(小时)的图，其显示根据实施例1制备的锂金属电池的寿命特性；图4为电极电势(V，相对于Li/Li+)对时间(小时)的图并且显示根据对比例1制备的锂金属电池的寿命特性；图5为电极电势(V，相对于Li/Li+)对时间(小时)的图并且显示根据对比例2制备的锂金属电池的寿命特性；图6为电极电势(V，相对于Li/Li+)对时间(小时)的图并且显示根据对比例4制备的锂金属电池的寿命特性；图7为在将根据对比例4制备的锂金属电池充电和放电之后的锂负极的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；图8为在将根据实施例1制备的锂金属电池充电和放电之后的锂负极的表面的SEM图像；和图9为根据实施方式的锂空气电池的示意图。具体实施方式现在将对实施方式详细地进行介绍，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参照附图描述实施方式以说明方面。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“……的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表而不修饰所述列表的单独要素。本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的且不意图限制本专利技术构思。单数形式“一个(种)(不定冠词，a，an)”和“所述(该)”包括复数指示物，除非上下文清楚地另有规定。下文中，将理解，本文中使用的术语例如“包括”、“具有(拥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属盐，其包括：至少一种具有由式1-3之一表示的杂环芳族结构的阴离子；和金属阳离子：/n式1/n

【技术特征摘要】
20181115 KR 10-2018-01411251.金属盐，其包括：至少一种具有由式1-3之一表示的杂环芳族结构的阴离子；和金属阳离子：
式1



式2



式3



其中,在式1-3中，
各X独立地为N、P、或As，
A1和A2之一为给电子基团，并且另一个为吸电子基团，
环Ar1和环Ar2各自独立地为选自取代或未取代的C6-C24亚芳基和取代或未取代的C4-C24亚杂芳基的芳族基团，其中所述芳族基团包括单个芳族环、稠合在一起的两个或更多个芳族环、或者经由如下共价连接的两个或更多个芳族环：单键；-O-；-S-；-C(＝O)-；-S(＝O)2-；其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基的-Si(Ra)(Rb)-；取代或未取代的C1-C10亚烷基；或者-C(＝O)-NH-，和其中Ar1和Ar2各自独立地为未取代的或者被给电子基团和吸电子基团的至少一个取代，
L为连接体基团，并且为单键；-O-；-S-；-C(＝O)-；-S(＝O)2-；其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基的-Si(Ra)(Rb)-；-C(＝O)-NH-；取代或未取代的C1-C12亚烷基；取代或未取代的C2-C12亚烯基；取代或未取代的C2-C12亚炔基；取代或未取代的C6-C12亚芳基；或者取代或未取代的C4-C12亚杂芳基，其中所述连接体基团为未取代的或者被给电子基团和吸电子基团的至少一个取代，和其中所述连接体基团为未稠合的或者与Ar1和Ar2的至少一个稠合，
m为1-5的整数，和
n为1-5的整数。


2.如权利要求1所述的金属盐，其中
环Ar1和环Ar2各自独立地选自下式：



其中
A3-A15各自独立地为氢原子、给电子基团、或吸电子基团；
L'和L"各自独立地为单键；-O-；-S-；-C(＝O)-；-S(＝O)2-；其中Ra和Rb各自独立地为C1-C10烷基的-Si(Ra)(Rb)-；-C(＝O)-NH-；C1-C12亚烷基；C2-C12亚烯基；C2-C12亚炔基；C6-C12亚芳基；或C4-C12亚杂芳基；和
*表示与相邻原子的结合位点；和
其中，对于式3，Ar1的A3-A15的至少一个通过所述连接体基团连接至Ar2的A3-A15的至少一个。


3.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述阴离子的杂环芳族结构由式1a、1b、1c、2a、2b、和3a之一表示：
式1a



式1b



式1c



式2a



式2b



式3a



其中，在式1a-3a中，
A1和A2之一为给电子基团并且另一个为吸电子基团；
A3-A8各自独立地为氢原子、给电子基团、或吸电子基团；和
Y为氧、硫、或氮。


4.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述给电子基团包括取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烷氧基烷基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳氧基烷基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、取代或未取代的C3-C30杂环基烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的氨基甲酰基、羟基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼基团、腙基团、羧基或其盐、硫醇基团、或者磷酸基团或其盐。


5.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述给电子基团包括选自如下的至少一种：-CnH2n+1、-OCnH2n+1、-NH2、-NH(CnH2n+1)、-N(CnH2n+1)2、-OH、-NH(COCnH2n+1)、-N(COCnH2n+1)2、-OCOCnH2n+1、-CH2(CnH2n+1)、-CH(CnH2n+1)2、-C(CnH2n+1)3、-SCnH2n+1、-N(CH2CH2)2O、-P(O)(OH)2、-P(O)OH、苯基、和乙烯基，其中n为1-10的整数。


6.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述吸电子基团包括卤素原子、氰基、异硫氰酸基、硫氰酸基、氰酸基、异氰酸基、氟取代的C1-C30烷基、氟取代的C2-C30烯基、氟取代的C2-C30炔基、氟取代的C6-C30芳基、氟取代的C1-C30烷氧基、氟取代的C2-C30烷氧基烷基、氟取代的C6-C30芳氧基、氟取代的C7-C30芳氧基烷基、氟取代的C7-C30芳烷基、氟取代的C2-C30杂芳基、氟取代的C2-C30杂芳氧基、氟取代的C3-C30杂芳烷基、氟取代的C4-C30碳环基团、氟取代的C5-C30碳环基烷基、氟取代的C2-C30杂环基团、氟取代的C3-C30杂环基烷基、氟取代的硫代基团、磺酰基、氨磺酰基、或者磺酸基团或其盐。


7.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述吸电子基团包括选自如下的至少一种：-F、-Cl、-Br、-CONH2、-COOCnH2n+1、-COCl、-COOH、-COCnH2n+1、-CHO、-NO2、-SO3H、-C≡N、-S-C≡N、-N＝C＝S、-N＝C＝O、-CnF2n+1、-OCnF2n+1、-CH2CnF2n+1、-OCnF2nH、-SCnF2n+1、-SCnF2nH、-OCF＝CF2、-SCF＝CF2、-SO2F、和-SO2CnF2n+1，其中n为1-10的整数。


8.如权利要求1所述的金属盐，其中
式1-3中存在的至少一个氢原子被如下替代：卤素原子、C1-C30烷基、C2-C30烯基、C2-C30炔基、C1-C30烷氧基、C2-C30烷氧基烷基、C1-C30杂烷基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C2-C30杂芳基、C3-C30杂芳烷基、C2-C30杂芳氧基、C3-C30杂芳氧基烷基、C6-C30杂芳基烷氧基、羟基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼基团、腙基团、羧基或其盐、磺酰基、氨磺酰基、磺酸基团或其盐、和磷酸基团或其盐。


9.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述金属阳离子包括选自如下的至少一种：碱金属阳离子、碱土金属阳离子、过渡金属阳离子、后过渡金属阳离子、和稀土金属阳离子。


10.如权利要求1所述的金属盐，其中
所述金属阳离子包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明镇，V罗夫，崔烘铢，林东民，郭允铉，马祥福，朴珉植，朴成俊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR