提供一种溶剂组合物，其表现出不挥发性、不可燃性、热稳定性、化学稳定性和高离子导电性，具有优越的大倍率充电／放电特性，低温下不发生性能降低，不发生装置循环性能的下降，可作为电化学装置中的非水电解质。包含离子液体和卤化溶剂的溶剂组合物，其卤化程度为８７％或低于８７％并含有至少一个部分卤化的烷基和／或至少一个部分卤化的亚烷基，并且其中所述溶剂组合物在２５℃下为单相并呈均匀态。
【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离子液体及其应用，更具体地讲，涉及一种溶剂 组合物，该溶剂组合物包含与具体的卤化溶剂联合使用的离子液体， 以及涉及一种采用该溶剂组合物作为非水电解质的电化学能量装置， 如锂离子二次电池。
技术介绍
离子液体(也被称为"常温熔融盐")，作为取代水和有机溶剂的 新型介质，已受到越来越多的关注。虽然是一种离子化合物，也就是说， 是一种盐，离子液体具有低熔点，在常温附近呈液体。尽管尚未对离子液体有明确定义，熔点在ioo'c或更低的盐一般被认为是离子液体。离子液体通常具有不挥发性、不可燃性、热稳定性、化学稳定性和高 离子导电性。此外，已经有人提出利用上述特性将离子液体作各种应 用。特别地，在将离子液体作为有机合成和电解合成的反应溶剂以及 将其作为诸如锂离子电池的电化学能量装置(以下称为"电化学装置") 的电解质方面已进行了深入的研究。当用作电化学装置的非水电解质时，离子液体具有比用于普通电 化学装置的非水溶剂高得多的粘度。因此，离子液体的某些性能，如大倍率充电/放电特性(当放电倍率被设定在约i.oc时观察到的充电/放电特性；也被称为"大倍率充电/放电特性")和低温性能不足，无 法满足实际应用。在另一方面，通过选择和采用具有相对低粘度的离 子液体有可能提高上述性能，但这样的离子液体通常不具备电化学稳定性。结果是，可能发生所述装置循环性能的降低，最糟糕的情况是 无法进行首次充放电。为解决这些问题，已提出各种离子液体及含有 离子液体的组合物，将在以下段落中具体说明。专利参考日本未经审查的专利公布(Kokai) No.2004-146346 (权 利要求，段落0136至0142)描述了一种包含熔点等于或低于5(TC的 离子液体的非水电解质、在较高电势下比离子液体更易被还原和分解 的化合物和锂盐、以及使用所述非水电解质的二次电池。在这种非水 电解质中，通过改善其自身所用的离子液体，可改善其低温特性和稳 定性。所用离子液体为这样的离子液体其阳离子部分为季铵盐离子 或季膦盐离子，并含有至少一个垸氧基烷基。在实例13中，专利参 考1描述了一种以锂钴氧化物为正极活性物质、以MCMB(中间相碳 微球)为负极活性物质的二次电池。用于该二次电池中的电解质的制 备方法是将29重量份的锂盐(三氟甲基磺酰亚胺锂)溶解于71重 量份的离子液体(双三氟甲基磺酰亚胺N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧 基乙基)铵)中，再另加入10重量份的碳酸亚乙烯酯。就该二次电池 的充电/放电特性来说，如果将0.1C放电倍率下的放电容量设为100 %，在0.5C范围内放电容量可保持在95%或更高，但在1.0C的 大倍率放电条件下容量衰减至56.4% (见参考中的表3 )。附带地讲， 大约在2002年时容量衰减至56.4%是可接受的，但该值无法满足目 前二次电池的要求。专利参考白本未经审查的专利公布(Kokai) No.2004-362872 (权 利要求，段落0016至0022， 0028)描述了一种可充电装置，该可充 电装置包括用于该可充电装置的电解质和一对电极，所述电解质含有 常温熔融盐(离子液体)和具有比熔融盐更低粘度的含氟型溶剂。所 用含氟型溶剂由于是分子中含有至少一个氟原子和至少一个氧原子的 化合物而具有某些特性；其电势窗口包括0至4.5 V(Li/Li+)范围；如 权利要求中所述，它是一种含有质量比至少为10质量％的氟原子的 有机溶剂。参考中示出作为含氟型溶剂的具体实例的4-乙基氟化苯(为 方便起见以下称为"化合物l";下同)，3-氟苯胺(化合物2 )，1，1，7，7-四氟庚烷(化合物3)，等等。然而，化合物2的闪点是77°C，常温 熔融盐的不可燃性的优点可能丧失。化合物1和3的闪点未知，但因为氟取代的比例非常小，闪点被认为同样为低的。与常温盐混合时， 它们可能会有和化合物2 —样的缺点。另一方面，尽管未给出具体实 例，甲基九氟丁醚和乙基九氟丁醚有可能被认为是能够满足权利要求 中所述要求的化合物，但这些醚类与含有垸基铵或咪唑阳离子的常温 熔融盐在单相均匀态中不相溶。专利参考日本未经审查的专利公布(Kokai) No.2005-135777 (权 利要求，段落0038， 0045， 0046)描述了一种含有至少一种常温熔融盐 作为其组分的非水电解质，其中非水电解质含有有机溶剂，所述有机 溶剂具有(1)和(2)中任一项所述的性质，并且在常温下呈液态；(1) 沸点为°C或高于IO(TC，无闪点，并且(2) 闪点或分解起始温度为200°C或高于200°C。满足要求的有机溶剂包括碳氟化合物和含有一个芳环的磷酸酯。 非水电解质的实例包括如下。电解质10.5 L (升)的常温熔融盐乙基甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4),1 mol LiBF4和0.5 L碳氟混合物"Fluorinert FC-40"(商品名; Sumitomo 3M公司产品)的混合物。(电解质2)0.5 L的常温熔融盐EMIBF4)， 1 mol LiBF4和0.5 L碳氟化合物 "Fluorinert FC-43"(商品名；Sumitomo 3M公司产品)的混合物。然而，当本专利技术的专利技术人尝试做再现性测试时，含有上述各组分 的非水电解质无法通过常规方法，如混合、搅拌和加热，实现均匀混 合。由于非水电解质形成在电化学装置如锂离子电池的电极界面交换 电子的位点，其应保持在均匀和单一相态下。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种溶剂组合物，其表现出不挥发性、 不可燃性、热稳定性、化学稳定性和高离子导电性，具有优越的大倍 率充电/放电特性，低温下不发生性能下降，不发生装置循环性能的衰 减，可作为电化学装置中的非水电解质。本专利技术的另一目的是提供一种电化学装置，其使用上述溶剂组合 物作为非水电解质，具有优越的大倍率充电/放电特性，低温下不发生性能下降，还具有优越的电化学稳定性，不发生装置循环性能的下降。 通过以下详细说明将容易了解本专利技术的这些和其他目的。本专利技术的专利技术人发现，如果将离子液体与某种具体的卤化溶剂联 合使用，而不是像现有技术中单独使用离子液体，可以实现上述一个 或多个目的。本专利技术提供一种溶剂组合物，所述溶剂组合物包含离子 液体和卤化溶剂，其中离子液体具有其中含有阳离子和阴离子形成的对的分子结构，其 熔点为IO(TC或更低；卤化溶剂含有至少氟原子作为卤素原子，卤化度(定义为氟原子 数和其他卤素原子数(如果存在)的和相对于整个分子中氟原子、其 他卤素原子和氢原子的和的比例)不超过87%并含有至少一个部分卤 化的垸基和/或至少一个部分卤化的亚烷基；以及在25°C下，溶剂组 合物为单相并呈均匀态。本专利技术还涉及一种电化学装置，其含有根据本专利技术的溶剂组合物 作为非水溶剂。从以下详细说明中可以了解，本专利技术可获得溶剂组合物，其可有 利地用于各种领域，包括作为有机合成和电解合成的反应溶剂以及用 于诸如锂离子电池的电化学装置中。根据本专利技术的溶剂组合物不含水，作为非水电解质(也叫做"非 水电解质溶液")尤其有用。当用于电化学装置中时，这种非水电解 质作为第一组分可以充分表现出离子液体的各种性能，如不挥发性、 不可燃性、热稳定性、化学稳定性以及在不降低含量的情况下表现出 高离子导电性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种溶剂组合物，包含离子液体和卤化溶剂，其中： 所述离子液体具有分子结构，阳离子和阴离子作为对被包含在该分子结构中，并且该液体具有１００℃或更低的熔点； 所述卤化溶剂含有至少氟原子作为卤素原子，卤化度（定义为氟原子数与其他卤素原子数（如果存在）的和相对于整个分子中氟原子、其他卤素原子和氢原子数的和的比例）不超过８７％，并含有至少一个部分卤化的烷基和／或至少一个部分卤化的亚烷基；以及 所述溶剂组合物为单相，并且在２５℃下呈基本均匀态。
【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：濑川晴贵，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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