含有酰亚胺的盐的电解质及电池制造技术

本发明专利技术涉及电池电解质，它包括带有碳氟和碳氢混合基团的特殊酰亚胺和甲基化物导电盐。这些盐在电解质中表现出优异的导电性，并被描述为可用于电化电池，例如锂电池。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及包含一些酰亚胺或甲基化物的导电盐的电解质，该酰亚胺或甲基化物的导电盐带有混合的含氟基团和碳氢基团，本专利技术也涉及这些盐和电解质在电化电池例如锂电池中的应用。背景工业上一直在寻找新盐，它能够在溶解或分散于其他材料中时，提供离子电导率。这种盐在与其他材料组合使用以形成电解质方面尤其有用，所述电解质在用于汽车、工业和消费者市场的高能密度、轻质、可重复充电的电源中可导电，例如电化电池和设置例如电池、燃料电池、电容器、大容量电容器和电致变色装置。出现的这些许多电源都采用了锂离子电池技术，它需要使用由导电盐(一种或多种)组成的电解质，所述导电盐溶解或分散于基体材料中，例如非水溶剂(一种或多种)或聚合物(一种或多种)。所述电解质用作介质，其中离子导电在整个介质中于电极之间产生，由此在电池内部提供电荷平衡。当然，新的电解质盐必须表现出特殊的化学和物理性能，可用于电化电池和装置中。最重要的是，该盐必须表现出优良的离子电导率，而且应当对热和电化学稳定。另外，该盐也必须在通常的电解质溶剂和／或聚合物中在高浓度下表现出优良的可溶性；它们应当对其他电池组分表现出惰性(例如不引起电极或集流器的溶蚀)；它们应当是相对无毒的；它们应当具有可接受的对环境的影响力；而且它们优选能以经济上可行的价格制成。在电池组的情形下(即可重复充电)，盐应当在室温和高温下表现出优良的循环性能，而且应当制成这样的电化电池，它能够操作并可将对安全的顾虑保持在最小范围内(例如由热失控引起的爆炸)。目前，仅有少数电解质盐已知适用于锂离子电池，全部都是锂盐，而且全部都有可确认的缺点。最常见的电解质的盐是LiPF6，它是一种无机盐，表现出优良电导率和耐溶蚀性，但对热和水解不稳定，可分解释放出对电池性能有害的氟离子。其他的可能用于锂电解质中的无机盐包括LiAsF6(毒性)、LiBF4(电导率较弱，对热和水解不稳定)和LiClO4(对热不稳定，可能爆炸)。也有许多有机氟的锂盐，已知可用于电池电解质，但是这些盐每种都有其各自的缺点。类似LiOSO2CF3和LiN(SO2CF3)2的分子对热很稳定，但是在高伏特电池中会对铝集流器产生溶蚀。LiC(SO2CF3)3是对于应用于大多数商业规模的电化电池来说是太昂贵了，无法应用。对于新型的电解质的盐有持续的需求，该盐能够在有用的电导率水平下起作用，对铝集流器显示出低溶蚀性，易于加工，并能够在合理的成本下制造。专利技术的概述本专利技术发现了含有酰亚胺或甲基化物导电盐的电解质，所述酰亚胺或甲基化物导电盐带有混合的碳氟和碳氢基团，该电解质可代替目前使用的电解质，例如配位的金属卤化物阴离子的金属盐(例如LiPF6)、全氟化磺酸盐、全氟化磺酰亚胺和全氟化磺酰甲基化物。通过用不昂贵的碳氢基团(HC)部份代替昂贵的全氟烷基基团(FC)，本专利技术的盐就能够制成较低的分子量，而且由此能够在电解质中以较低的重量浓度使用，形成预定摩尔浓度的溶液。虽然如此，但是这些相对不昂贵的盐在电解质中表现出优良的电导率。本专利技术可聚合的混合FC／HC酰亚胺和甲基化物盐能够用于液体和／或聚合物电解质，来提高电池的总效率。因此，本专利技术的一个方面涉及电池电解质，它包括(a)下式的酰亚胺盐 其中X是SO2或C(O)；Rf是氟原子、具有1-12个碳原子的直链或支链的非环状全氟烷基、或具有3-12个碳原子的环状全氟烷基，其中全氟烷基可以被一个或多个悬链线杂原子间隔；R′f是具有1-12个碳原子的直链或支链全氟亚烷基，它可以含有一个环状部分，而且可以被一个或多个悬链线杂原子间隔；Rh选自具有2-18个碳原子而且被一个或多个悬链线杂原子间隔的直链或支链脂族基团、具有4-18个碳原子的直链或支链脂族或脂环族基团、取代或未取代的芳香基团和反应性基团。R′h是二价的有机基团，例如具有2-8个碳原子的亚烷基、环烷基亚烷基，其中在环烷基的两个位置上，亚烷基具有1-4个碳原子，即被3-6个碳原子的环烷基间隔的亚烷基、亚芳香基或芳香亚烷基，其中亚烷基在芳香基团的两个位置上具有1-4个碳原子，即亚烷基被芳香基例如苯基或萘基间隔，其中亚烷基可以被一个或多个悬链线杂原子间隔；Mn+是n价的阳离子；和(b)基质。本专利技术的第二方面涉及电池电解质，它包括(a)下式的磺酰甲基化物的盐 其中X是SO2或C(O)；Rf是氟原子、具有1-12个碳原子的直链或支链的非环状全氟烷基、或具有3-12个碳原子的环状全氟烷基，其中全氟烷基可以被一个或多个悬链线杂原子间隔；Rh″是相同或不同的，是具有1-18个碳原子的直链或支链脂族基团，具有3-12个碳原子的脂环族或脂环烷基基团，其中在脂族和脂环族两种基团内的碳链可被一个或多个悬链线杂原子间隔、取代或未取代的芳香或芳香烷基基团，其中离开脂环或芳香基团的烷基具有1-4个碳原子、反应性基团，而且当连在一起时，Rh″为2或3个碳原子的亚烷基，或在亚苯基的1，2或1，3位置上与X基团相连的亚苯基；Mn+是n价的阳离子；和(b)基质本专利技术的第三方面是电池电解质，它包括上述定义的酰亚胺或甲基化物盐中任一种与已知的导电盐在基质中的组合物。本专利技术的第四方面是电池电解质，它包括至少一个阴极、至少一个阳极、分隔件和上述的电解质。专利技术的详细说明在整个说明书中使用的定义如下“电化装置”，包括所有的电能贮藏装置，包括电化电池(例如电池和燃料电池)、电容器和电致变色装置。“高分子材料”指均聚物、共聚物或其组合物，可以是交联的或未交联的和／或增塑的。“凝胶”指在溶剂中膨胀的物理或化学交联的聚合物。“基质”指介质(例如固体、液体、凝胶或增塑的聚合物)，在其中电解质盐可以溶解或分散，形成离子导电的电解质。对于“锂离子电池”，基质是液体；对于“锂聚合物电池”，基质是聚合物、凝胶、增塑的聚合物、或可以是膜。除非另有说明，规定的伏特指相对于Li／Li+参考电极测得的正极电势差。“全氟烷基”指烷基链，其中所有与碳连接的氢原子都被氟取代。在式I、III、V、VI和VIII中出现的“Rf”一词可以是氟原子或含有至少一个碳原子的单价氟化基团。当该基团在骨架链上含有多个碳原子时，这样的链可以是支链或环状的。碳原子的骨架链可以被杂原子间隔，例如二价氧或三价氮原子，其中每一个都只与碳原子连接，或六价的硫原子，其中每一个都可与碳、氟或氧原子连接，但是优选的是，当存在这样的杂原子时，这种骨架链对于每两个碳原子，含有不多于一个的所述杂原子。可以存在偶尔与碳原子相连的氢原子、溴原子或氯原子。然而，存在的话，对于每两个碳原子，优选的是它们的存在平均不超过一次。因此，非骨架的价键优选为碳-氟键。即Rf优选全氟化。Rf中的碳原子总数可以是变化的，为例如1-12个，优选1-8个，更优选1-4个。在Rf是或含有环状结构时，这种结构优选为5或6元环，其中一元或两元可以是所述的杂原子，例如氧和／或氮。“直链或支链脂族基团”指烃基，其形式或为直链或为支链，在该情形下，含有1-18个碳原子，或者另有规定。优选的实施方式包括含有1-8个碳原子的直链或支链烷基。“脂肪环基团”是含有3-12个碳原子的环状基团，而且指饱和的环基团。因此，该基团包括例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。“取代或未取代的芳香基团”优选指未取代的苯基或萘基或被本文档来自技高网...

【技术保护点】
电池电解质，它含有： （ａ）下式的酰亚胺盐， ＊＊＊ 其中：Ｘ是ＳＯ↓［２］或Ｃ（Ｏ）； Ｒ↓［ｆ］是氟原子、具有１－１２个碳原子的直链或支链非环状全氟烷基、或具有３－１２个碳原子的环状全氟烷基，其中全氟烷基被一个悬链线杂原子间隔或不被间隔； Ｒ′↓［ｆ］是具有１－１２个碳原子的直链或支链全氟亚烷基，它可以含有一个环状部分，而且被一个悬链线杂原子间隔或不被间隔； Ｒ↓［ｈ］选自具有２－１８个碳原子而且被一个悬链线杂原子间隔的直链或支链脂族基团、具有４－１８个碳原子的直链或支链脂族或脂环族基团、取代或未取代的芳基和反应性基团； Ｒ′↓［ｈ］是二价有机基团； Ｍ↑［ｎ＋］是ｎ价阳离子；和 （ｂ）基质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SJ哈姆罗克，PT帕姆，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]