电解质溶液用材料及其用途制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种电解质溶液用的材料，它适合用作在电化学设备（如大容量电池或蓄电池）中作为离子导体的电解质溶液中的材料。本发明专利技术涉及一种电解质溶液用的材料，它包括主要组成部分的用通式（１）表示的阴离子，其中Ｘ表示至少一种选自Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ和Ｓｅ的元素；Ｍ１和Ｍ２是相同或不同的，各自表示有机连接基团；ａ是不小于１的整数，ｂ、ｃ和ｄ各自表示不小于０的整数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电解质溶液用的材料及其用途。本专利技术更具体涉及一种电解质溶液用 材料，它用在电解质溶液中作为电化学设备中的离子导体，本专利技术也涉及所述材料在锂二 次电池、电解电容器、电双层电容器等中的用途。
技术介绍
电解质溶液用材料可广泛用在各种使用了离子导电现象的电池或蓄电池中，例如 用在一次电池或蓄电池、锂(离子)二次电池、染料电池和具有放电和充电机理的其它电池 或蓄电池，以及用在电解电容器、电双层电容器、太阳能电池、电致变色显示设备和其它电 化学设备中。其中，每种电池通常由一对电极和存在于电极之间的电解质溶液(用作离子 导体)组成。现在，用作离子导体的是通过把电解质(如高氯酸锂、LiPF6、LiBF4、氟硼酸四 乙铵或邻苯二甲酸四甲铵)溶解在有机溶剂(如Y-丁内酯、^ N-二甲基甲酰胺、碳酸乙 二酯、碳酸丙二酯或四氢呋喃)中制备的电解质溶液。在这些离子导体中，电解质(当溶解 时)离解成阳离子和阴离子，从而造成通过电解质溶液的离子导电。随着膝上型计算机、掌上型计算机、移动电话、摄象机和其它便携式电子设备的普 及，就越来越需要轻和大功率的电池和蓄电池(在所述电池和蓄电池中使用了离子导体材 料)。为了适应对于这些电池和蓄电池的增长的需要，以及为了解决伴随的环境问题，开发 长寿命的二次电池就变得越来越重要。典型的锂(离子)二次电池的形式用示意图表示为图1的截面图。这种锂(离子) 二次电池具有由各自的活性物质形成的正电极和负电极，由有机溶剂和作为溶质溶解在溶 剂中的锂盐(如LiPF6)组成的电解液形成了正负电极之间的离子导体。在那种情况下，充 电时，反应C6Li —6C+Li+e发生在负电极，在负电极表面产生的电子(e)以离子导电的方 式通过电解质溶液迁移到正电极表面上。在正电极表面上发生反应Co02+Li+e — LiCo02, 电流从负电极流向正电极。放电时，对比充电时的反应，两个电极上发生了逆反应，电流从 正电极流向负电极。锂(离子)二次电极可用作这样的二次电池，六氟磷酸锂(LiPF6)用 作大部分这些锂(离子)二次电池中的电解质盐。但是，这种电解质溶液(它构成了电化学设备)有一些问题；有机溶剂容易挥发， 且具有低闪点，容易发生液体泄漏，因此长期使用的可靠性受到质疑。因此，需要在这些方 面带来改进的材料。六氟磷酸锂(LiPF6)等锂盐具有低的热稳定性，且容易水解。使用了 这些锂盐的锂(离子)电池的结构变得非常复杂，且是使用了非常昂贵的方法制造的。此 外，由于这些锂盐的灵敏性，锂(离子)电池的寿命和性能会缩短或降低，在极端环境(如 高温)中，不能使用这种电池。在现有技术中，Koura等的 J. Electrochem. Soc. (USA)，(1993)卷 140,602 页提出使用常温熔盐(它在室温下是液体)。C. A. Angell等的Nature (UK)，(1933)卷362，137页 提出了作为常温熔盐的配合物，所述配合物包含N- 丁基吡啶鐺盐、N-乙基-N’ -甲基咪唑 鐺盐等芳香族季铵卤化物和卤化铝以及两种或更多种锂盐的混合物。但是，前一种配合物 有被卤原子腐蚀的问题，而后一种配合物是热力学不稳定的过冷液体，有随着时间推移而 凝固的问题。另一方面，从电学的观点看，四氟硼酸根阴离子、双三氟甲烷磺酰亚胺阴离子等的 咪唑鐺盐或吡啶鐺盐都是不稳定的，最近已经成为详细调查的目标。但是，它们的性能(如 离子电导率)是不能令人满意的，且由于它们含氟，所以它们引起了电极腐蚀的问题。因 此，尚有提供具有改进基本性能的离子导体材料的专利技术的余地。Douglas R. Macfarlane 等的 Chem. Commun. (UK)，(2001) 1430-1431 页(他们研究 N-烷基-N-甲基吡咯烷鐺或1-烷基-3-甲基咪唑鐺的二氰胺盐的热特性、粘度和定性的电 热稳定性)提出，二氰胺盐可用作低粘度离子液体。但是，没有提到关于把这种二氰胺盐作 为离子导体材料施加到电化学设备上的技术。因此，尚有提供具有改进基本性能的离子导 体材料的专利技术的余地。日本公报(Kohyo) 2002-523879 (1-7和30-43页)(它涉及包括氰基取代甲基化物 和酰胺的氰基取代盐)提出了一种电解质，它包括基质材料和至少一种选自N-氰基-取代 酰胺、N-氰基-取代磺酰胺、1,1,1- 二氰基_取代磺酰甲基化物和1，1，1- 二氰基酰基甲基 化物的盐。为了得到这种电解质，制备粉末形式的这种盐，并将其溶解在有机溶剂(它是基 质材料)中，得到液体电解质，或者用来得到固体聚合物电解质。。在公开的国际专利申请 W0 01/15258 (它涉及在有机基质中包含离子掺杂物作为导电物质(species)的固体导电 材料)的小册子中(14-17页)，提到了一种物质，在这种物质中，使用二氰胺N-甲基-N丙 基吡咯烷鐺盐作为有机基质和LiS03CF3作为离子掺杂物。但是，这些技术并不包括关于使 用电解质溶液中材料的盐形式的化合物作为电化学设备中的良好离子导体和关于使用液 体形式的这种盐本身的说明。因此，尚有使用这种具有离子导电性的化合物作为构成电解 质溶液的材料的专利技术的余地，所述电解质溶液能够显示出优良的基本性能。日本公报2000-508677(1-12页)(它涉及包含连接到阳离子部分M+m的阴离子部 分的离子化合物)提到，那些离子化合物(其中阳离子部分M是水合氢离子、亚硝鐺离子 N0+、铵离子NH4+、具有m价的金属阳离子、具有m价的有机阳离子或具有m价的有机金属阳 离子，阴离子部分对应于式礼4-(((二吣2_或2-(((二吣2_)可用作离子导体材料。但是， 在这些离子化合物中，碳原子(C)只是阴离子部分中组成阴离子的元素。因此，尚有改进它 们以提供适用于组成电解质溶液的材料的专利技术的余地，所述电解质溶液显示出优良的基本 性能。美国专利4505997和9202966提出了在电池或蓄电池中使用双(三氟甲基磺酰) 亚胺锂和三(三氟甲基磺酰)甲酰胺(methanide)锂盐作为电解质盐的技术。这些盐化合 物都显示出高的阳极稳定性，并与有机碳酸酯一起形成高导电溶液。但是，双(三氟甲基磺 酰)亚胺锂并没有钝化作为阴极终端导体铝金属到满意的水平。因此，在这方面尚有专利技术 的余地。同时，日本公报2002-523879 (1-7、20-22和30-43页)(它涉及包括N-氰基-取 代酰胺盐等和基质材料的电解质)提到，另外一种已知的导电盐可加入到电池或蓄电池的 电解质组合物中。但是，甚至在高电压下，这些现有技术的有机材料都不是电化学稳定的。 因此，尚有改进它们以提供适合用作离子导电有机材料的专利技术的余地。
技术实现思路
因此，本专利技术(根据现有技术的上述情况作出的)的一个目的是提供一种用于电 解质溶液的材料，所述材料可提高离子电导率、防止电极腐蚀等，并保持不随时间变化的稳 定性，它即使在高电压下也具有电化学稳定性，因此适合用作电解质溶液(用作电化学设 备(如大容量电池或蓄电池)中的离子导体)中的材料。本专利技术人做了大量研究以开发组成电解质溶液的材料，它是离子导体，结果发现 液体状态的离子导体(通过将电解质溶解在熔盐中来制备)是有用的，因为得到的盐不再 显示出挥发性，且能安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质溶液用的材料，它包括作为主要组成部分的碱金属阳离子和／或碱土金属阳离子以及用通式（１）表示的阴离子：（ＮＣ－）↓［ａ］－（－Ｍ↑［１］－）↓［ｂ］－＊－（－Ｍ↑［２］－）↓［ｃ］－（－ＣＮ）↓［ｄ］（１）其中Ｘ表示至少一种选自Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ和Ｓｅ的元素；Ｍ↑［１］和Ｍ↑［２］是相同或不同的，各自表示有机连接基团；ａ是不小于１的整数，ｂ、ｃ和ｄ各自表示不小于０的整数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：水田圭一郎，山本由纪子，
申请(专利权)人：株式会社日本触媒，
类型：发明
国别省市：JP[日本]