电解质、包含电解质的离子导体和包括这种离子导体的电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于电化学装置的电解质。该电解质包括第一化合物，是一种由通式（１）表示的离子金属配合物；和至少一种化合物，其选自特定的第二至第四化合物，分别由通式Ａ＃＋［ａ＋］（ＰＦ＃－［６］＃＋［－］）＃－［ａ］、Ａ＃＋［ａ＋］（ＣｌＯ＃－［４］＃＋［－］）＃－［ａ］、Ａ＃＋［ａ＋］（ＢＦ＃－［４］＃＋［－］）＃－［ａ］、Ａ＃＋［ａ＋］（ＡｓＦ＃－［６］＃＋［－］）＃－［ａ］和Ａ＃＋［ａ＋］（ＳｂＦ＃－［６］＃＋［－］）＃－［ａ］表示的第五至第九化合物，和特定的第十至第十二化合物，该电解质与常规电解质相比具有优异的循环特性和存放寿命。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电解质，一种含有该电解质的离子导体，以及含有该电解质的电化学装置，例如锂电池，锂离子电池，双电层电容器。近年来，随着便携式装置的发展，利用电化学现象的电化学装置，例如用作其电源的电池和电容器也发展活跃。另外，由于电化学反应导致发生颜色变化的电致变色装置(ECD)是除了电源以外电化学装置的使用实例。这些电化学装置一般由一对电极和填充在其间的离子导体构成。离子导体中含有盐(AB)作为电解质，它溶解在溶剂、聚合物或其混合物中，由此该盐溶解成阳离子(A+)和阴离子(B-)，结果是离子导电。为了获得装置所需的离子电导率程度，需要将足量的这种电解质溶解在溶剂或聚合物中。实际上，在许多情况下使用水以外的其它溶剂，例如有机溶剂和聚合物。目前，在此种有机溶剂和聚合物中具有足够溶解度的电解质仅限少数几种类型。例如，用于锂电池中，具有足够溶解度的电解质仅为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)和LiCF3SO3。尽管电解质中阳离子的类型常常是由装置限定的，如在锂电池中为锂离子，然而电解质可以使用任何阴离子，只要它满足具有高溶解度的条件即可。在这些装置相当多样的应用领域中，努力寻找适用于每种应用领域的最佳电解质。然而，在目前的条件下，最佳化的努力达到了它们的极限，这是由于可利用的阴离子类型有限。另外，现有的电解质存在各种问题，因此需要具有新阴离子部分的电解质。更具体地说，由于LiClO4的ClO4离子具有爆炸性，而LiAsF6的AsF6离子有毒，出于安全的原因不能使用。即便是仅存的实际使用的电解质LiPF6在耐热性和耐水解性方面也存在缺陷。尽管电解质LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)和LiCF3SO3是稳定的并且离子电导率高，但是当施加电压时它们腐蚀电池内部的铝集电体。因此，它们的使用存在困难。本专利技术的一个目的是提供一种可实用的新电解质，含有该电解质的新离子导体，以及含有该离子导体的新电化学装置。根据本专利技术，提供了一种用于电化学装置的电解质。该电解质包括第—化合物，它是一种离子金属配合物，由通式(1)表示；以及至少一种化合物，选自分别由通式(2)～(4)表示的第二至第四化合物，分别由通式Aa+(PF6-)a、Aa+(ClO4-)a、Aa+(BF4-)a、Aa+(AsF6-)a和Aa+(SbF6-)a表示的第五至第九化合物，以及分别由通式(5)～(7)表示的第十至第十二化合物， (1)Aa+[CxF2x+1SO3]a-----(2)]]> (3) (4)Aa+[R8-O-Y1-O]a-----(5)]]> (6) (7)其中，M是过渡金属，选自周期表第3～11族的元素，或选自周期表12～15族的元素；Aa+表示金属离子、鎓离子或氢离子；a表示1～3的数值；b表示1～3的数值；p是b/a；m表示1～4的数值；n表示0～8的数值；q是0或1；X1表示O、S、NR5或NR5R6每个R1和R2独立代表H、卤素、C1～C10的烷基或C1～C10的卤代烷基；R3代表C1～C10的亚烷基，C1～C10的卤代亚烷基，C4～C20的亚芳基，或C4～C20的卤代亚芳基，所述R3的这些亚烷基和亚芳基可选择地具有取代基和杂原子，所述R3中的一个可选择地与另一个所述R3相键合；R4代表卤素；C1～C10的烷基，C1～C10的卤代烷基，C4～C20的芳基，C4～C20的卤代芳基或X2R7，所述R4的这些烷基和芳基可选择地具有取代基和杂原子，所述R4中的一个可选择地与另一个所述R4相键合；X2代表O、S、NR5或NR5R6；每个R5和R6分别代表H或C1～C10的烷基；R7代表C1～C10的烷基，C1～C10的卤代烷基，C4～C20的芳基或C4～C20的卤代芳基；每个x、y和z独立地代表1～8的数值；每个Y1、Y2和Y3独立地代表SO2基团或CO基团；以及每个R8、R9和R10独立地代表可选择地具有取代基或杂原子的吸电子有机取代基，所述R8、R9和R10中的至少两个可选择地键合在一起形成环，所述R8、R9和R10中的至少一个可选择地与邻近的分子相键合形成聚合物。根据本专利技术，提供了一种用于电化学装置的离子导体。该离子导体包括该电解质；以及选自非水溶剂、聚合物和其混合物的一种成分，所述成分中溶解有所述电解质。根据本专利技术，提供了一种电化学装置，包括(a)第一和第二电极；以及(b)其中容纳有所述第一和第二电极的离子导体。根据本专利技术的电解质，与常规电解质相比，具有优异的循环特性和存放寿命。因此，该电解质适于用在电化学装置中，如锂电池、锂离子电池和双电层电容器。根据本专利技术，存在于离子金属配合物和用于合成该配合物的原料中的烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基可以为支链的和/或可以具有其它官能团如羟基和醚键。下述为本专利技术由通式(1)代表的离子金属配合物的九个具体实例。此处，尽管在通式(1)中，将锂离子作为Aa+的实例，但是可以使用除锂离子以外的其它阳离子，其实例包括钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、钡离子、铯离子、银离子、锌离子、铜离子、钴离子、铁离子、镍离子、锰离子、钛离子、铅离子、铬离子、钒离子、钌离子、钇离子、镧系离子、锕系离子、四丁铵离子、四乙铵离子、四甲铵离子、三乙基甲铵离子、三乙铵离子、吡啶鎓离子、咪唑鎓离子、氢离子、四乙基磷鎓离子、四甲基磷鎓离子、四苯基磷鎓离子、三苯基锍离子以及三乙基锍离子。在考虑到将离子金属配合物用于电化学装置等中的情况下，锂离子、四烷基铵离子和氢离子是优选的。如通式(1)所示，Aa+阳离子的价态优选为1～3。如果价态高于3，则由于晶格能量的增加，而使离子金属配合物难于溶解在溶剂中。因此，在要求离子金属配合物溶解度的情况下，优选1价。如通式(1)所示，阴离子(b-)的价态同样优选为1～3，并且更优选1价。常数p表示阴离子与阳离子价态的比，即b/a。在通式(1)中，位于本专利技术离子金属配合物中心的M是选自周期表3～15族的元素。优选为Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf或Sb，并且更优选Al、B或P。尽管除这些优选实例以外，M可以使用各种元素，但是使用Al、B、V、Ti、Si、Ar、Ge、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、 Bi、P、As、Sc、Hf或Sb可以使合成反应相对容易。除了可以使合成反应容易外，在使用Al、B或P时，该离子金属配合物在低毒性、稳性和低生产成本方面还具有优异的性能。在通式(1)中，键合到M上的有机或无机部分称为配体。如上所述，通式(1)中的X1代表O、S、NR5或NR5R6，并且通过其杂原子(O、S或N)键合到M上。尽管由O、S或N以外的原子的键合不是不可能，但是合成将变得非常困难。由通式(1)表示的离子金属配合物的特征在于，这些配体与M形成螯合结构，这是由于在同一配体中它们通过羧基(-COO-)而非X1与M键合。螯合作用的结果是，离子金属配合物的耐热性、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电化学装置的电解质，所述电解质包括： 第一化合物，它是一种由通式（１）表示的离子金属配合物；以及 至少一种化合物，选自分别由通式（２）～（４）表示的第二至第四化合物，分别由通式Ａ↑［ａ＋］（ＰＦ↓［６］↑［－］）↓［ａ］、Ａ↑［ａ＋］（ＣｌＯ↓［４］↑［－］）↓［ａ］、Ａ↑［ａ＋］（ＢＦ↓［４］↑［－］）↓［ａ］、Ａ↑［ａ＋］（ＡｓＦ↓［６］↑［－］）↓［ａ］和Ａ↑［ａ＋］（ＳｂＦ↓［６］↑［－］）↓［ａ］表示的第五至第九化合物，以及分别由通式（５）～（７）表示的第十至第十二化合物， ＊＊＊ （１） Ａ↑［ａ＋］［Ｃ↓［ｘ］Ｆ↓［２ｘ＋１］ＳＯ↓［３］］↓［ａ］↑［－］ （２） ＊＊＊ （３） ＊＊＊ （４） Ａ↑［ａ＋］［Ｒ↑［８］－Ｏ－Ｙ↑［１］－Ｏ］↓［ａ］↑［－］ （５） ＊＊＊ （６） ＊＊＊ （７） 其中，Ｍ是过渡金属，选自周期表第３～１１族的元素，或是选自周期表第１２～１５族的元素； Ａ↑［ａ＋］表示金属离子、＊离子或氢离子； ａ表示１～３的数值；ｂ表示１～３的数值；ｐ是ｂ／ａ；ｍ表示１～４的数值；ｎ表示０～８的数值；ｑ是０或１； Ｘ↑［１］表示Ｏ、Ｓ、ＮＲ↑［５］或ＮＲ↑［５］Ｒ↑［６］； 每个Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］独立地代表Ｈ、卤素、Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的烷基或Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的卤代烷基； Ｒ↑［３］代表Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的亚烷基，Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的卤代亚烷基，Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的亚芳基，或Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的卤代亚芳基，所述Ｒ↑［３］的这些亚烷基和亚芳基可选择地具有取代基和杂原子，所述Ｒ↑［３］中的一个可选择地与另一个所述Ｒ↑［３］相键合； Ｒ↑［４］代表卤素、Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的烷基，Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的卤代烷基，Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的芳基，Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的卤代芳基或Ｘ↑［２］Ｒ↑［７］，所述Ｒ↑［４］的这些烷基和芳基可选择地具有取代基和杂原子，所述Ｒ↑［４］中的一个可选择地与另一个所述Ｒ↑［４］相键合； Ｘ↑［２］代表Ｏ、Ｓ、ＮＲ↑［５］或ＮＲ↑［５］Ｒ↑［６］； 每个Ｒ↑［５］和Ｒ↑［６］分别代表Ｈ或Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的烷基； Ｒ↑［７］代表Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的烷基，Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］的卤代烷基，Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的芳基或Ｃ↓［４］～Ｃ↓［２０］的卤代芳...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：辻冈章一，高瀬浩成，高桥干弘，杉本博美，
申请(专利权)人：森陶硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]