在室温为液体的无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物及其在锂离子电池中的用途制造技术

技术编号:25545920 阅读:20 留言:0更新日期:2020-09-08 18:44
在室温为液体的无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物,以及制备无游离溶剂的液体磺酰亚胺锂盐组合物的方法。在一个实施方式中,该方法包括将一种或更多种磺酰亚胺锂盐与一种或更多种醚基溶剂混合,然后在合适的真空、温度和时间条件下除去游离溶剂,以获得在室温为液体的无游离溶剂的液体磺酰亚胺锂盐组合物。在一个实施方式中,仅残留在液体磺酰亚胺锂盐组合物中的溶剂分子与磺酰亚胺锂盐分子加合。还公开了用于制备无游离溶剂的液体磺酰亚胺锂盐的自动化处理系统的实施例。

【技术实现步骤摘要】
在室温为液体的无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物及其在锂离子电池中的用途相关申请信息本申请要求于2019年3月1日提交的名称为“LIQUIDLITHIUMSALT:FREE-SOLVENT-FREELITHIUMELECTROLYTEWITH>12MOLARCONCENTRATIONINETHER-BASEDSOLVENTS”的美国临时专利申请第62/812,446号和于2019年4月8日提交的名称为“LIQUIDLITHIUMSALT:FREE-SOLVENT-FREELIQUIDLITHIUMBIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE”的美国临时专利申请第62/830,601号的优先权的权益,其每一个以其整体通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及磺酰亚胺锂盐的领域。特别地,本专利技术涉及在室温为液体的无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物(free-solvent-freelithiumsulfonimidesaltcomposition)及其用途。
技术介绍
如今,在室温(即,~20℃至~25℃),没有锂盐是液体的。人们能够得到一种含有锂盐的室温液体的唯一方法是通过在溶剂中溶解锂盐以形成一溶液。通过常规方法从室温溶液中除去溶剂,简单地回收固体锂盐。此类别中的一个简单示例是将固体氯化锂溶解在水中以得到一室温溶液。除去室温溶液中的水,将氯化锂作为固体回收。锂盐已被用于电解质中,例如,用于锂离子电池和超级电容器的电解质。如今,有各种各样可用的锂盐,例如,双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、和氟磺酰(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiFTFSI)。然而,它们在室温都是固体。已报道离子液体能够溶解固体锂盐以得到液体的电解液,但是该锂盐的浓度不是很高(通常小于3摩尔)。将室温下为液体的无游离溶剂的锂盐用于多种应用,包括锂基电池,特别是二次锂基电池和超级电容器等等,将是可取的。例如,液体的,即无游离溶剂的锂盐可以直接用作电解质,而无需任何溶剂。用于锂基电解质的溶剂是易燃的,因此避免使用溶剂减少起火和/或爆炸的可能性。此外,纯净的液体锂盐具有很高的锂离子浓度,可用于电解质中的电能流动。
技术实现思路
在一个实施方式中,本公开涉及一种合成无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物的方法。该方法包括,在惰性条件下,将至少一种无水磺酰亚胺锂盐与至少一种无水醚基溶剂接触,以制备含有所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐的溶液,其中,溶液中所述至少一种无水醚基溶剂包含不加成到所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐中的游离的部分;以及除去溶液中所述至少一种醚基溶剂的基本上所有的游离的部分,从而保留无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物,其中,无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物在室温为液体。附图说明为了说明本专利技术,附图示出了本专利技术的一个或更多个实施例的方面。然而,应当理解,本专利技术不限于附图中所示的精确布置和手段,其中:图1是示出用于制备本公开的无游离溶剂的液体磺酰亚胺锂盐组合物的自动化处理系统的实施例的简图;和图2是示出根据本公开的方面制成的电化学装置的高水平图。具体实施方式在一些方面中,本公开涉及合成在室温为液体并且基本上或完全是不含游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物的方法。这些液体磺酰亚胺锂盐组合物在本文中被称为“无游离溶剂”,该状态典型地发生在将该组合物暴露于某些温度和某些真空下一段时间之后,其中溶剂没有进一步减少,但是组合物保持液体。正如在本文和在所附权利要求中,“室温”取为25℃,尽管它能够扩展到更低,例如到20℃。正如以下详细描述和示例,在一些实施方式中,这些磺酰亚胺锂盐组合物被制备,使用至少一种无水醚基溶剂,由磺酰亚胺锂盐或两种或更多种磺酰亚胺锂盐的组合,诸如例如,双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)或其他氟化和/或全氟化磺酰亚胺锂盐的组合以制成溶液。已发现与其他溶剂不同,醚基溶剂与磺酰亚胺锂盐组合物具有强配位作用。然后,所述至少一种无水醚基溶剂的游离的部分从溶液中全部或在可行的加工条件下的可行范围内除去,以得到基本上由磺酰亚胺锂盐分子和所述至少一种用于制备溶液的无水醚基溶剂分子的加合物组成的组合物。在一些实施方式中,磺酰亚胺锂盐组合物可以被合成,通过将锂碱和含氟酸在至少一种无水醚基溶剂中混合,以致不仅合成磺酰亚胺锂盐,而且还产生溶液,从溶液所有或基本上所有的所述至少一种无水醚基溶剂被除去以产生磺酰亚胺锂盐组合物。正如在先前的实施方式中,该磺酰亚胺锂盐组合物基本上由磺酰亚胺锂盐的分子与所述至少一种无水醚基溶剂的分子的加合物组成。在前述两个实施方式中,所得的磺酰亚胺锂盐组合物在本文和在所附权利要求中称为“无游离溶剂”,以表示它们不是溶液,因为它们缺少或基本上缺少游离溶剂分子。应注意,相对于本文公开的磺酰亚胺锂盐组合物,“无游离溶剂”的使用应当包括这样的组合物,该组合物完全不含在制备该组合物所用的所有无水醚基溶剂的游离的即未加成的分子,以及这样的组合物,该组合物基本上不含在制备该组合物所用的无水醚基溶剂的游离的即未加成的分子。在本文中,“基本上”是指用于制备该组合物的无水醚基溶剂已经被尽可能多地或在实际中尽可能多地除去,使得所讨论的磺酰亚胺锂盐组合物基本上由相应的盐+溶剂加合物组成。在一些实施方式中,“无游离溶剂”是指相应的磺酰亚胺锂盐组合物具有小于约0.5%按重量计的溶剂。在一些实施方式中,“无游离溶剂”是指相应的磺酰亚胺锂盐组合物具有小于约0.3%。在一些实施方式中,“无游离溶剂”是指相应的磺酰亚胺锂盐组合物具有小于约0.1%。在一些实施方式中,“无游离溶剂”是指当继续在真空中除去溶剂的条件下(即压力和温度),并且磺酰亚胺锂盐组合物的重量不再继续降低时保留的磺酰亚胺锂盐组合物。这表明已除去所有或基本上所有的游离溶剂。在这一点上,正如在本文和在所附权利要求中所使用的,术语“基本上由……组成”是指所提到的物质是由该物质加上由于合成、吸湿亲和力、或其他可能存在的任何杂质,和/或任何其他非故意存在于物质中的材料组成。正如在本文和在所附权利要求中另外使用的,术语“无水”是指具有约1%按重量计或更低的水,典型地约0.5%按重量计或更低的水,经常约0.1%按重量计或更低的水,更经常约0.01%按重量计或更低的水,并且最经常约0.001%按重量计或更低的水。在该定义内,术语“基本上无水”是指具有约0.1%按重量计或更低的水,典型地约0.01%按重量计或更低的水,并且经常约0.001%按重量计或更低的水。在整个本公开和所附权利要求中,当与对应的数值一起使用时术语“约”指的是数值的±20%,典型地数值的±10%,经常数值的±5%,最经常数值的±2%。在一些实施方式中,术语“约”可以被认为是实际数值。当描述化学反应时,例如本文所描述和/或在所附权利要求中所提及的任何合成和纯化反应,术语“处理”、“接触”和“反应”可互换使用,并且是指在足以产生所指示的和/或期望的产物的条件下加入或混合两种或多种试剂。应当理解,产生本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种合成无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物的方法,所述方法包括:/n在惰性条件下,将至少一种无水磺酰亚胺锂盐与至少一种无水醚基溶剂接触以产生含有所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐的溶液,其中所述溶液中的所述至少一种无水醚基溶剂包括不与所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐加成的游离的部分;以及/n除去所述溶液中所述至少一种醚基溶剂的基本上所有的所述游离的部分,从而保留所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物,其中所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物在室温为液体。/n

【技术特征摘要】
20190301 US 62/812,446;20190408 US 62/830,601;20191.一种合成无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物的方法,所述方法包括:
在惰性条件下,将至少一种无水磺酰亚胺锂盐与至少一种无水醚基溶剂接触以产生含有所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐的溶液,其中所述溶液中的所述至少一种无水醚基溶剂包括不与所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐加成的游离的部分;以及
除去所述溶液中所述至少一种醚基溶剂的基本上所有的所述游离的部分,从而保留所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物,其中所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物在室温为液体。


2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)。


3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述至少一种无水醚基溶剂是二甲氧基乙烷。


4.根据权利要求1所述的方法,其中,在100托或更低的压力下,进行除去所述至少一种无水醚基溶剂的基本上所有的游离的部分。


5.根据权利要求4所述的方法,其中,在约-78℃至约100℃的范围内的温度,进行除去所述至少一种无水醚基溶剂的基本上所有的游离的部分。


6.根据权利要求5所述的方法,还包括在使所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐与最小量的所述至少一种无水醚基溶剂接触时,搅拌所述溶液并冷却所述溶液。


7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述最小量是所述溶液的约20%按重量计至所述溶液的约22%按重量计的范围。


8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物是LiFSI组合物,所述LiFSI组合物在室温为澄清无色液体。


9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐包括氟磺酰(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiFTFSI)。


10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述至少一种无水醚基溶剂是二甲氧基乙烷。


11.根据权利要求9所述的方法,其中,在100托或更低的压力下,进行除去所述至少一种无水醚基溶剂的基本上所有的游离的部分。


12.根据权利要求11所述的方法,其中,在约-78℃至约100℃的范围内的温度,进行除去所述至少一种无水醚基溶剂的基本上所有的游离的部分。


13.根据权利要求1所述的方法,还包括在使所述至少一种无水磺酰亚胺锂盐与最小量的至少一种无水醚基溶剂接触时,搅拌所述溶液并冷却所述溶液。


14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述无游离溶剂的磺酰亚胺锂盐组合物是LiFTFSI组合物,所述LiFTFSI组合物在室温...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·P·辛格S·纳格斯瓦瑞胡启朝
申请(专利权)人:麻省固能控股有限公司
类型:发明
国别省市:新加坡;SG

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