电解质的纯化方法、由此获得的电解质和发生器及其用途技术

一种包含至少一种碱土金属盐的离子电解质的纯化方法，该方法至少包括一个与至少一种钙盐颗粒接触的步骤。所述方法使获得具有特别低含水量特性的新颖电解质成为可能。引入该电解质作为组成部件的相应电化学发生器的特征在于，显著的稳定性，并且该电化学发生器极其安全。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能够纯化包含至少 一种碱土金属盐的离子电解质 的方法。通过使离子电解质接触到至少 一种4丐盐进行纯化。这样纯化的离子电解质具体为液体、聚合物凝胶或熔盐类型或者 由其至少两种的混合物组成的类型。本专利技术的方法能够更特别地使处理过的电解质强脱水。本专利技术具体应用于混合和纯化类型的电解溶液的制备。这些溶液包含溶解于至少一种碳酸酯型溶剂，如碳酸亚乙酯(EC)或碳酸亚丙酯 (PC)，中的至少一种碱土元素盐，如锂盐。本专利技术的方法也能用于含杂质的锂盐的纯化。因此，本专利技术的方法能够具体获得离子导电型电解溶液，所述电 解溶液显示了小于150ppm水的低残留含水量。所述方法还特别使获得具有小于100 ppm的纯化的锂盐成为可能； H20含量小于或等于20ppm的那些纯化的锂盐是新颖的，并且构成本 专利技术的一部分。通过本专利技术的方法获得的纯化的电解质，特别是这样得到的每升 电解溶液中含水量小于或等于20ppm的无水溶液，因其本来固有的特 征而是新颖的，并且也构成本专利技术的一部分。同样地，引入了本专利技术纯化的电解质和/或本专利技术纯化的锂盐的本 专利技术的电化学发生器特别显示出优异的储存稳定性，其是新颖的，并 且也组成了本专利技术的主题。
技术介绍
离子型电解溶液通常通过混合特定量的盐，例如44土金属盐，特 定量的溶剂和当想获得凝胶型的稠度时任选量的聚合物而制备，特别 是为了获得高能量密度在制备锂-离子或锂-金属型电池中使用。在锂-离子电池领域中，LiPF6+EC-DEC型电解质可以应用于商业 电池中。电解质随时间变化的老化会产生水。电解质的长期储存会导 致其被形成的水污染。当电解质中的水量超过50ppm时，电池的性能 会受损，因此电池的寿命会缩短，并且自身放电的不良现象会增加。在电解质制备期间，含水量是非常重要的，尤其因为电解质中水 的存在也是如下形成的原因-氟化衍生物，如HF, —种浸蚀电池所有部分的腐蚀性酸；-碱土金属盐的氬氧化物，其在存在碱土金属盐时原位形成，会不 必要地增大电池的电阻；和-干扰的离子反应。而且，水会减少电解质，并且是电极上钝化膜的形成原因；该反 应伴随有气体产生，并且致使电池不安全。在其制备的时候，离子型电解质的含水量通常在500至1000 ppm范围内。在电化学体系中，包含按重量计算的大于100 ppm水的电解质的存在由于其不安全并且在电极上产生输出损失会损害其商业利益。在通常用于限制离子溶液的含水量的技术中提到 -使用低含水量组分且在无水介质中制备；和 -通过分子筛脱水。实施这些方法是复杂且昂贵的，尤其因为几次通过分子筛是必需 的且当分子筛使用有限次数后必须再生的事实。而且，这种电解质中存在的残留含水量仍然较高，并且还存在其 它杂质。在1999， J.O. Besenhard, Wiley-VCH的"电池材料手册"第464页中 描述了用于纯化电解质的已知方法的复杂性和昂贵本性。基于锂盐的电解溶液的纯化都是更加复杂的，因为通常获得的这 种盐伴随有杂质。而且，电解溶液在储存和使用中都具有显著的水合趋势，这会导 致这些溶液的电化学体系的效力严重损失。几个月后会观察到储存中 的效力损失，并且在潮湿地区，尤其在热带地区，几个循环后会观察 到操作中的效力损失。这些效力上的损失使电解质返厂以根据相同昂贵的方法进行再脱 水成为必要，或者在低商业价值的电化学体系中加入该电解质。在加拿大魁北克电力公司(Hydro-Qu6bec)的专利CA-A-22 077 30 中描述了通过加入碳化钩(CaC2)进行如油的中性溶液的脱水。然而，该 文献没有包括任何提及CaC2可以用于纯化离子型溶液的事实。因此，需要一种纯化离子电化学溶液的新方法，这种方法全无现 有技术中描述的方法的缺点，并且不仅能够部分脱水，而且能够高水 平纯化电解质。此外，该方法应该既能够在制备电解溶液的工厂中又能在储存现 场由普通操作人员实施，该方法应该是便宜的且需要最少的设备。
技术实现思路
在本专利技术的上下文中，术语"电解的"理解为任何能够用作电解质 的溶液。具体涉及定义在由John Wiley和Sons出版的Allen J. Bard和 Larry R. Faulkner 1980年版的电化学方法著作第2页中的所述溶液。电解质的概念与电化学发生器的概念相关，其中包括电解质1/电 解质2或者电解质/电极两相的体系引起电荷移动。在该参考文献中，电解质主要定义为第一相，通过该相由离子移 动产生电荷。所述电解质可以是液体溶液或熔盐，或者可以是离子导电固体， 如(3-型氧化铝钠(sodium p-alumina)，其显示了移动的钠离子。在表面的第二相可以是另一种电解质，或者可以是电极，通过该 相由电子移动产生电荷。可以通过使用本专利技术的方法纯化的电解溶液优选包含-0.1 2摩尔的至少一种碱土金属盐，所述碱土金属盐优选选自由KTFSI、 NaBF4、锂盐以及这些盐中的至少两种的混合物组成的组；-用于碱土金属盐的溶剂，该溶剂有助于溶液的离子导电性；-最高至6000 ppm、优选50~5000 ppm的杂质，优选包含至少 700 ~ 2000 ppm的水，其它杂质优选选自由HF、 Na和K组成的组； 和-优选地，在聚合物凝胶型电解质的情况下，最高至30wt。/。的聚 合物或聚合物的混合物，其在液体电解质中形成一种凝胶基体或几种 凝胶基体。本专利技术的主题方法特征在于，所述方法至少包括一个使钓盐颗粒 接触要纯化的液体电解质的步骤。在所述电解质包含通过交联能够提供凝胶基体的聚合物的情况 下，在根据本专利技术的纯化处理结束后，优选在交联剂的存在下和/或在 紫外源的存在下完成聚合物的交联。在本专利技术的上下文中，参考纽约Plenum Press cl983-1984出版的 1942年D.G. Lovering和R丄Gale的"熔盐技术"巻1,更具体在2至5 页，按其通常性质为熔盐定义；该文献通过引用方式并入本专利申请。G. Morant和J.Hladik在由巴黎Masson 1969年出版的mectrochimie des sels fondus巻I propri6t6 de transport中 pr叩ridt6 de solvents章中详细说明了 ，在液体结构的基础上， 熔盐可以分成两类。第一类由通过离子力结合的如碱金属卣化物的化合物组成，第二类包括主要包含共价键的化合物。该文献通过引用方 式并入本专利申请。所述熔盐是作为电离溶剂的特殊溶剂，在其中可以容易地溶解无 机化合物且在高温下易于工作。其通常是离子盐，如LiCl-KCl、NaCl-KCl和LiN03-KN03。该定义来自特殊试验-PC network-Institute National Polytechnique de Toulouse 2003年会议；该文献通过引用方式 并入本专利申请。在本专利技术的上下文中，术语"熔盐"理解为温度在-30 ~ 350。C之间， 优选在-20 60。C之间为液态的盐。这是因为在大于350。C的温度下， 存在本专利技术混合物中存在的聚合物会碳化的危险。更具体地说，本专利技术的上下文中所述具有优点的熔盐由选自由咪 唑鐺、亚胺盐(imidinium)、吡啶鐵、铵、吡咯鐵锍和磷鐵盐及其至少 两种的混合物组成的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含至少一种碱土金属盐的离子电解质的纯化方法，该方法至少包括一个使至少一种钙盐颗粒与所述电解质接触的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡里姆扎吉伯，若塞林贾尔伯特，阿卜杜勒巴斯特克尔飞，克里斯托夫米绍，米歇尔戈捷，马丁东特尼，帕特里克查尔斯特，
申请(专利权)人：加拿大魁北克电力公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]