含有双环磷酸酯部分的改性离子液体制造技术

公开了双环磷酸酯改性的离子液体化合物，其合成方法，含有双环磷酸酯改性的离子液体化合物的电化学电解质，以及含有该电解质的能量存储装置。存储装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有双环磷酸酯部分的改性离子液体


[0001]本专利技术涉及其阳离子包含双环磷酸酯部分的离子液体、包含该离子液体的电化学电池用电解质，以及电能存储装置。
[0002]专利技术背景
[0003]室温离子液体(IL)的合成和电化学分析的最新进展表明，这类独特的材料有望用作下一代锂离子电池的电解质。IL是熔点低于100℃的有机盐，通常由大体积阳离子和无机阴离子组成。大阳离子尺寸允许电荷离域和屏蔽，导致晶格能降低，从而降低熔点或玻璃化转变温度。IL具有独特的理化性质，例如可忽略的蒸气压、不可燃性、良好的室温离子传导性、宽电化学窗口以及有利的化学和热稳定性。这些特性对于为锂电池提供基于IL的电解质而言是期望的。
[0004]然而，仍存在安全挑战，例如锂离子电池在滥用条件下，或甚至在正常条件下可燃。Chi
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Cheung Su等人(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,30686
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30695)教导了使用含有环磷化合物的电解质组合物，但未提及使用离子液体或使用与含有双环磷部分的部分共价键合的离子液体。因此，需要加入新型离子液体，以赋予锂离子电池阻燃性能。此外，需要提高操作电压以从锂离子阴极榨取更多容量。传统电解质溶剂的电压稳定性也可以通过添加离子液体来延长，因此可以用于具有高压阴极的锂离子电池中。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及离子液体，其包含阴离子和阳离子，其中阳离子具有至少一个双环磷酸酯部分。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于电能存储装置中的电解质，该电解质包含非质子有机溶剂体系、金属盐、(任选地添加剂)以及含有至少一个双环磷酸酯部分的离子液体化合物。
[0007]根据本专利技术的另一方面，提供了用于电能存储装置中的电解质，该电解质包含非质子有机溶剂体系、金属盐、(任选地添加剂)以及含有至少一个双环磷酸酯部分的离子液体化合物，其中，该有机溶剂是开链或环状碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、亚砜、酮、内酯、二氧戊环、甘醇二甲醚类(glymes)、冠醚、硅氧烷、磷酸的酯、磷酸酯(phosphate,磷酸盐)、亚磷酸酯(phosphite,亚磷酸盐)、单磷腈或聚磷腈，或其混合物。
[0008]根据本专利技术的另一方面，提供了电能存储装置中的电解质，该电解质包含非质子有机溶剂体系、金属盐、(任选地添加剂)以及含有至少一个双环磷酸酯部分的离子液体化合物，其中该金属盐的阳离子是铝、镁或碱金属(例如，锂或钠)。
[0009]根据本专利技术的另一方面，提供了电能存储装置中的电解质，该电解质包含非质子有机溶剂体系、金属盐、添加剂以及含有至少一个双环磷酸酯部分的离子液体化合物，其中该添加剂包括含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、含有至少一个不饱和碳
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碳键的化合物、羧酸酐，或其混合物。
[0010]根据本专利技术的另一方面，提供了电能存储装置电解质，其包含：
[0011]a)非质子有机溶剂体系；
[0012]b)金属盐；以及
[0013]c)离子液体化合物，该离子液体化合物包含：
[0014]阴离子(A
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)；以及
[0015]根据下式的连接至双环磷酸酯部分的阳离子：
[0016][0017]其中：
[0018]CAT
+
是吡咯烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓(azepanium)、锍、鏻、吡啶、咪唑鎓或具有1至3个杂原子作为环成员的5元或6元杂环，所述杂原子包括氮、氧、硅或硫；并且
[0019]L是(a)连接体，包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子还任选地被卤化物取代；(b)O、S、NH或C；或(c)连接至连接体的O、S、NH或C，条件是，当L是酯基团时，CAT
+
不是咪唑鎓。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了离子液体化合物，该离子液体化合物包含：
[0021]阴离子(A
‑
)；以及
[0022]根据下式的连接至双环磷酸酯部分的阳离子：
[0023][0024]其中：
[0025]CAT
+
是吡咯烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、锍、鏻、吡啶、咪唑鎓或具有1至3个杂原子(包括氮、氧、硅或硫)作为环成员的5元或6元杂环；并且
[0026]L是(a)连接体，包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子还任选地被卤化物取代；(b)O、S、NH或C；或(c)与连接体连接的O、S、NH或C，条件是，当L是酯基团时，CAT
+
不是咪唑鎓。
[0027]根据本专利技术的另一方面，提供了电化学能量存储装置，其包括：阴极、阳极、根据本公开内容的电解质，以及隔板。
[0028]在阅读以下具体实施方式及其所附权利要求之后，本专利技术的这些和其他方面将变得明晰。
具体实施方式
[0029]本专利技术涉及离子液体化合物，该离子液体化合物包含至少一种阳离子和至少一种阴离子，其中该至少一种阳离子共价键合至至少一个双环磷酸酯部分，其中该双环磷酸酯部分或双环状(bicyclic)磷酸酯部分由以下结构表示：
[0030][0031]在实施方式中，电能存储装置电解质包含a)非质子有机溶剂体系；b)金属盐；c)任选地添加剂；以及d)包含至少一种阳离子和至少一种阴离子的离子液体化合物，其中该至少一种阳离子共价键合至至少一个双环磷酸酯部分。
[0032]在实施方式中，离子液体化合物包含阴离子，以及根据下式的连接至双环磷酸酯部分的阳离子：
[0033][0034]其中：
[0035]CAT
+
是吡咯烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、鎓、锍、鏻、咪唑鎓、吡啶，或具有1至3个杂原子作为环成员的5元或6元杂环，所述杂原子包括氮、氧、硅或硫；并且
[0036]L是(a)连接体，该连接体包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子任选地进一步被卤素取代；(b)O、S、NH或C；或(c)连接至连接体的O、S、NH或C。在实施方式中，L是(a)连接体，该连接体包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子任选地进一步被卤素取代；(b)O、S、NH或C；或(c)连接至连接体的O、S、NH或C，条件是，当L是酯基团时，CAT
+
不是咪唑鎓。
[0037]根据本公开内容的合适的阴离子(A
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)包括但不限于：卤根(halide,卤化物)(例如，Cl、Br)、硝酸根(例如，NO3)、磷酸根(例如，PF6、TFOP)、酰亚胺(例如，TFSI、BET本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电能存储装置电解质，其包含：a)非质子有机溶剂体系；b)金属盐；以及c)离子液体化合物，所述离子液体化合物包含：阴离子(A
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)；以及根据下式的连接至双环磷酸酯部分的阳离子：其中：CAT
+
是吡咯烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、锍、鏻、吡啶、咪唑鎓，或具有1至3个杂原子作为环成员的5元或6元杂环，所述杂原子包括氮、氧、硅或硫；并且L是(a)连接体，该连接体包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子任选地进一步被卤素取代；(b)O、S、NH或C；或(c)连接至所述连接体的O、S、NH或C，条件是，当L是酯基团时，则CAT
+
不是咪唑鎓。2.如权利要求1所述的电解质，其中，所述阴离子包含卤根、硝酸根、磷酸根、酰亚胺、硼酸根、铝酸根、砷根、氰根、硫氰酸根、亚硝酸根、苯甲酸根、碳酸根、氯酸根、亚氯酸根、铬酸根、硫酸根、亚硫酸根、硅酸根、硫代硫酸根、硫属化物、磷属化物、晶体化合物、草酸根、乙酸根、甲酸根或氢氧根。3.如权利要求2所述的电解质，其中，所述阴离子包含Cl、Br、NO3、PF6、TFOP、TFSI、BETI、BOB或BF4。4.如权利要求1所述的电解质，其中，所述非质子有机溶剂包含开链或环状碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、酮、内酯、二氧戊环、甘醇二甲醚类、冠醚、硅氧烷、磷酸的酯、磷酸酯、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈，或其混合物。5.如权利要求1所述的电解质，其中，所述金属盐的阳离子是碱金属。6.如权利要求5所述的电解质，其中，所述碱金属是锂或钠。7.如权利要求1所述的电解质，其中，所述金属盐的所述阳离子是铝或镁。8.如权利要求1所述的电解质，其进一步包含至少一种添加剂。9.如权利要求8所述的电解质，其中，所述至少一种添加剂包括含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、含氟化合物、含氮化合物、含有至少一个不饱和碳
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碳键的化合物、羧酸酐，或其混合物。10.如权利要求8所述的电解质，其中，所述至少一种添加剂以0.01重量％至10重量％的浓度存在于所述电解质中。11.离子液体化合物，其包含：阴离子(A
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)；以及根据下式的连接至双环磷酸酯部分的阳离子：其中：
CAT
+
是吡咯烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、锍、鏻、吡啶、咪唑鎓，或具有1至3个杂原子作为环成员的5元或6元杂环，所述杂原子包括氮、氧、硅或硫；并且L是(a)连接体，该连接体包括C1‑
C8烷基、烯基、炔基、烷氧基、酯、羰基、苯基、硫醚、亚砜、偶氮或芳基基团，其中，其中的任何碳原子或氢原子可任选地进一步被卤素取代；(b)O、S、NH或C；或(c)连接至所述连接体的O、S、NH或C，条件是，当L是酯基团时，则CAT
+
不是咪唑鎓。12.如权利要求11所述的化合物，其中，所述阴离子包含卤根、硝酸根、磷酸根、酰亚胺、硼酸根、铝酸根、砷根、氰根、硫氰酸根、亚硝酸根、苯甲酸根、碳酸根、氯酸根、亚氯酸根、铬酸根、硫酸根、亚硫酸根、硅酸根、硫代硫酸根、硫属化物、磷属化物、晶体化合物、草酸根、乙酸根、甲酸根或氢氧根。13.如权利要求11所述的化合物，其中，所述阴离子包含Cl、Br、NO3、PF6、TFOP、TFSI、BETI、BOB或BF4。14.电化学能量存储装置，其包括：阴极；阳极；根据权利要求1所述的电解质；以及隔板。15.如权利要求14所述的装置，其中，所述阴极包含锂金属氧化物、尖晶石、橄榄石、碳包覆橄榄石、氧化钒、过氧化锂、硫、多硫化物、锂一氟化碳或其混合物。16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述锂金属氧化物是LiCoO2、LiNiO2、LiNi

【专利技术属性】
技术研发人员：S莫甘蒂，Y吴，G托雷斯，R维迪亚，X朱，J西尼克罗皮，
申请(专利权)人：诺姆斯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：