具有砜基电解液的电流产生装置制造方法及图纸

一种具有设置在阳极和阴极之间的电解液的电池。所述电解液包含离子电解质盐和包括不对称非环状砜的非水性电解液溶剂。所述砜具有通式：Ｒ１－ＳＯ２－Ｒ２，其中Ｒ１为具有１至７个碳原子的直链或支链烷基，或者部分或全部氟化的直链或支链烷基，而Ｒ２为具有１至７个碳原子的直链或支链的、或者部分或全部氟化的直链或支链的含氧烷基。所述电解液进一步包括电解液共溶剂和用于保护层形成的电解液添加剂。本发明专利技术的砜用于为电池产生更高的输出电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于在电流产生装置中应用的非水性电解液溶剂，并且更特别的是，涉及适合于在电流产生装置中应用的，具有不对称非环状砜的非水性电解液溶剂。
技术介绍
电池一般用于给轻便应用中使用的许多类型的电动机或电子装置供以动力。电池可以是可再充电的或可弃的(一次应用)类型。电池为在轻便电子系统中的集成电路提供运行动力，或为工业应用提供驱动电动机的电动势。具有特别兴趣的一个领域是汽车动力传动系。电池供电的汽车为实现运输需求提供了许多感兴趣的可能性，同时减少了能源消耗，并且最小化了对环境的危害。汽车电池必须是可再充电的，并且优选输送高电压，例如大于4.5VDC，以对电动机提供足够的功率。电池还需要具有优秀的电化学稳定性、安全性和耐久性。普通类型的可再充电的电池己知有锂离子电池和锂金属电池。美国专利号5,460,905、 5,462,566、 5,582,623和5,587,253描述了锂电池的和它们的部件的基本单元和性能要求。开发高能电池中的关键问题是用于改善电池的可能的输出电压、稳定性、循环寿命和安全性的电解液单元的选择。大量的非水性有机溶剂作为与包含锂电极的不同类型的电池相关的电解液，己经被提出和研究。美国专利号3,185,590、 3,578，500、 3,778,310、3，877,983、4,163,829、4，118,550、4，252，876、4,499，161、4,740，436和5,079,109描述了许多有可能的电解液单元组合和电解液溶剂，例如硼酸盐、取代或未取代醚、环醚、聚醚、s旨、砜、碳酸亚烃酯、有机亚硫酸盐、有机硫酸盐、有机亚硝酸盐和有机硝基化合物。作为用于电化学电池和其它装置的电解液单元的组分，受到关注的一类有机电解液溶剂是砜。砜通常可以分为两种类型芳族砜和脂族砜。脂族砜还可以分为两种类型，环状的(普通称为环丁砜)和非环状的。非环状脂族砜形成了表现出高的化学和热稳定性的潜在引人的有机溶剂类群。特别地，甲基乙基砜(EMS)表现了显著的电化学稳定性，依据保守稳定性标准，对于Li/Li+达到了 5.8 v。例如，在约5.5 v工作的双石墨电池中，已经釆用2M LiPF6/EMS作为支持电解液，并且最大在5.4v工作的Li/T2-Li2/3[Niv3Mri2/3]02电池中，已经采用1M LiPF6/EMS作为电解液。尽管EMS作为溶剂在那些情形中的成功，它的应用却受到以下缺点的限制，例如，它的相对高的36.5'C的熔点，这排除了它在工作范围包括比周围环境低得多的温度的电子装置中作为单一溶剂的应用。为了克服该限制，EMS必须与其它高稳定性溶剂共混，以产生与EMS的低熔点的低共熔混合物，或用具有较低熔点的备选砜来取代。EMS与二甲砜的低共熔混合物在25'C熔化，并且该混合物已经被用于很好地延伸至周围环境以下的锂盐溶液的电导率研究，然而，在长期暴露于低温的时候，发生了结晶。由于为了多种原因而需要单一溶剂的电解液，并且由于同样需要备选第二组分以提供比以上更低熔点的低共熔混合物，于是存在着进一步研究含砜分子液体的合成的需要。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术是一种用于在电流产生装置中应用的电解液单元，该电解液单元包含一种或多种离子电解质盐和非水性电解液溶剂，该非水性电解液溶剂包括一种或多种通式为Rl-S02-R2的不对称非环状砜。Rl基团为具有1至7个碳原子的直链或支链烷基，或者部分或全部氟化的直链或支链烷基。在式中与Rl基团不同的R2基团，为具有1至7个碳原子的直链或支链的，或者部分或全部氟化的直链或支链的含氧院基。在另一个实施方案中，本专利技术是一种包含阴极和阳极的电流产生装置。将非水性电解液单元设置在该阴极和阳极之间。该非水性电解液单元包括电解质盐和通式为Rl-S02-R2的不对称非环状砜。Rl为烷基，而R2为含氧烷基。在另一个实施方案中，本专利技术为一种用于电流产生装置的电解液，该电解液包括包含通式为Rl-S02-R2的不对称非环状砜的非水性电解液溶剂。Rl为垸基，而R2为含氧烷基。在另一个实施方案中，本专利技术为一种形成电流产生装置的方法，该方法包括以下步骤提供阴极、提供阳极，和提供设置在该阴极和阳极之间的非水性电解液单元。该非水性电解液单元包括电解质盐和通式为Rl-S02-R2的不对称非环状砜。Rl为烷基，而R2为含氧烷基。附图简述附图说明图1表示对负载提供动力的锂电池；图2表示偶联Rl烷基和R2含氧垸基的不对称非环状砜基；图3为在不同的砜中的1MLiTFSI的电导率的曲线图4a-4b为对于在不同的砜溶液中的1M LiTFSI的电化学稳定性范围(窗口)的曲线图5为在0.013 mA cm-2的电流密度下，MCMB25-28|1M LiPF6/EMES|Li电池的性能的曲线图6a-6b为在不同的电流密度下，电池性能的曲线图7为在0.092 mA cm—2的电流密度下，LiCr,5Mni.985 04|lMLiPF6/EMES|Li电池的充电/放电容量和库仑效率的曲线图；图8a-8b分别为采用1.0MLiPF6/EMES作为电解液，L川石墨的半电池 和石墨IILiCo02的全电池的充电和放电曲线图9a-9b为1.0 M锂盐的离子电导率的温度依赖性的曲线图A)在包 含5重量％的碳酸酯(EC和DMC)和亚硫酸乙二酯(ES)的EMES中的1.0 M 锂盐；B)在包含不同百分比的EC的EMES中的1.0MLiPF6;图10a-10d为在不同的EMES/EC混合物中的1M LiPF6的循环伏安图 的曲线图A)5重量。/。EC; B)10重量。/。EC; C)20重量。/。EC; D)30重 量o/oEC;图11a-lld为在不同的EMES/DMC混合物中的1M LiPF6的循环伏安 图的曲线图A)5重量。/。DMC; B)10重量。/。DMC; C)20重量y。DMC; D)30重量。/。DMC;图12为在采用不同的1.0M LiPF6的电解质溶液的石墨电极上的第一 锂的嵌入(intercalation)和角军嵌(de-intercalation)曲线图13为采用不同的1.0MLiPF6电解质溶液的石墨IILiCo02全电池的第 一充电和放电曲线图14为EMES/ES混合物中的1MLiC104的电化学窗口的曲线图。专利技术详述通过参考附图，在以下说明的一个或多个实施方案中描述了本专利技术， 其中同样的数字代表相同或类似的单元。虽然本专利技术是根据实现本专利技术目 的的最佳方式来说明的，但是本领域的技术人员需要意识到的是，如以下 公开内容和附图所支持的，本专利技术意欲覆盖可以包括在本专利技术的精神或范 围内的替代、更改和等价物，而本专利技术的精神和范围由后附权利要求和它 们的等价物所定义。电池一般用于给许多类型的电子装置、电动机，或其它在轻便应用中 使用的装置供以动力。电池可以是可再充电的或可弃的一次应用类型。电 池为轻便电子系统中的集成电路提供运行动力，或为工业和汽车应用提供 驱动电动机的电动势。图1表示了对负载12提供电力的电流产生装置10。在一个实施方案 中，电流产生装置IO是电池或其它伏打电池。备选地，电流产生装置IO为超级电容器。装置10可以包括锂离子电池或锂金属电池，或者多个这样的电池。装置IO具有阳极14、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在电流产生装置中使用的电解液单元，所述单元包含：　一种或多种离子电解质盐；和　非水性电解液溶剂，该非水性电解液溶剂包含一种或多种通式为Ｒ１－ＳＯ２－Ｒ２的不对称非环状砜，其中Ｒ１基团为具有１至７个碳原子的直链或支链烷基， 或者部分或全部氟化的直链或支链烷基，并且在式中与Ｒ１基团不同的Ｒ２基团为具有１至７个碳原子的直链或支链的，或者部分或全部氟化的直链或支链的含氧烷基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-19 60/645,5361. 一种用于在电流产生装置中使用的电解液单元，所述单元包含一种或多种离子电解质盐；和非水性电解液溶剂，该非水性电解液溶剂包含一种或多种通式为R1-SO2-R2的不对称非环状砜，其中R1基团为具有1至7个碳原子的直链或支链烷基，或者部分或全部氟化的直链或支链烷基，并且在式中与R1基团不同的R2基团为具有1至7个碳原子的直链或支链的，或者部分或全部氟化的直链或支链的含氧烷基。2. 权利要求1所述的电解液单元，其中所述R1基团选自甲基(-CH3)、 乙基(-CH2CH3)、正丙基(-CH2CH2CH3)、正丁基(-0120120^2013)、正戊 基(-CH2CH2CH2CH2CH3)、正己基(-CH2CH2CH2CH2CH2CH3)、正庚基 (-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3)、异丙基(-CH(CH3)2)、异丁基(-CH2CH (CH3)2)、仲丁基(-CH(CH3)CH2CH3)、叔丁基(-C(CH3)3)、异戊基 (-CH2CH2CH(CH3)2)、三氟甲基(-CF3)、 2, 2, 2-三氟乙基(-CH2CF3)、 1, l画二 氟乙基(-CF2CH3)、全氟乙基(-CF2CF3)、 3,3,3-三氟-正丙基(-CH2CH2CF3)、 2, 2-二氟-正丙基(-CH2CF2CH3)、 1， 1-二氟-正丙基(-CF2CH2CH3)、 1， 1, 3, 3, 3-五氟-正丙基(-CF2CH2CF3)、 2,2,3,3，3-五氟-正丙基(-CH2CF2CF3)、全氟 正丙基(-CF2CF2CF3)、全氟正丁基(-CF2CF2CF2CF3)、全氟正戊基 (-CF2CF2CF2CF2CF3)、全氟正己基(-CF2CF2CF2CF2CF2CF3)、全氟正庚基 (-CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF3) 、 -CF(CH3)2 、 -CH(CH3)CF3 、 -CF(CF3)2 、 -CH(CF3)2 、 -CH2CF(CH3)2 、 -CF2CH(CH3)2 、 -CH2CH(CH3)CF3 、 -CH2CH(CF3)2、 -CF2CF(CF3)2、 -C(CF3)3。3. 权利要求1所述的电解液单元，其中所述R2基团选自-CH20CH3、 -CF2OCH3、 -CF2OCF3、 -CH2CH2OCH3、 -CH2CF2OCH3、 -CF2CH2OCH3、 -CF2CF2OCH3 、 -CF2CF2OCF3 、 -CF2CH2OCF3 、 -CH2CF2OCF3 、 -CH2CH2OCF3 、 -CHFCF2OCF2H、 -CF2CF2OCF(CF3)2、 -CF2CH2OCF(CF3)2 、-CH2CF2OCF(CF3)2 、 -CH2CH2OCF(CF3)2 、 -CF2CF2OC(CF3)3 、-CF2CH2OC(CF3)3、 -CH2CF2OC(CF3)3、 -CH2CH2OC(CF3)3 、-CH2CH2OCH2CH3、 CH2CH2OCH2CF3、 -CH2CH2OCF2CH3 、-CH2CH2OCF2CF3、 -CH2CF2OCH2CH3、 -CH2CF2OCF2CH3 、-CH2CF2OCH2CF3、 -CH2CF2OCF2CF3、 -CF2CH2OCH2CH3 、-CF2CH2OCF2CH3、 -CF2CH2OCH2CF3、 -CF2CH2OCF2CF3 、-CF2CF2OCH2CH3、 -CF2CF2OCF2CH3、 -CF2CF2OCH2CF3、 -CF2CF2OCF2CF3 、-CF2CF2CF2OCH3、 -CF2CF2CH2OCH3、 -CF2CH2CF2OCH3 、-CH2CF2CF2OCH3、 -CH2CF2CH2OCH3、 -CH2CH2CF2OCH3 、-CF2CH2CH2OCH3、 -CH2CH2CH2OCH3、 -CF2CF2CF2OCF3 、-CF2CF2CH2OCF3 、 -CF2CH2CF2OCF3 、 -CH2CF2CF2OCF3 、 -CH2CH2CF2OCF3 、-CH2CF2CH2OCF3 、-CF2CH2CH2OCF3 、-CH2CH2CH2CH2OCH3 、-CH2CH2CH2CH2CH2OCH3 、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2OCH3 、-CH2CH2OCH2CH2OCH3 、 -CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH3 。4. 权利要求1所述的电解液单元，其中所述离子电解质盐选自MC104、 MPF6、 MPFx(CnF2n+1)6-x、 MBF4、 MBF4-x(CnF2n+1)x、 MAsF6、 MSCN、MB(C02)4、 MN(S02CF3)2和MS03CF3，其中M为锂或钠，或它们的任何混合物。5. 权利要求1所述的电解液单元，所述电解液单元还包含电解液共溶剂。6. 权利要求5所述的电解液单元，其中所述电解液共溶剂选自包含碳酸酯、N-甲基乙酰胺、乙腈、对称砜、环丁砜、1,3-二氧戊环、甘醇二甲醚、聚乙二醇、硅氧垸和环氧乙烷接枝的硅氧垸的共溶剂。7. 权利要求1所述的电解液单元，所述电解液单元还包含电解液添加剂。8. 权利要求7所述的电解液单元，其中所述电解液添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙二酯(ES)、亚硫酸丙二酯(PS)、亚硫酸氟代乙二酯(FEC)、 a-溴-Y-丁内酯、氯甲酸甲酯、碳酸叔丁二酯、12-冠-4、 二氧化碳(C02)、 二氧化硫(S02)、三氧化硫(S03)、酸酐、二硫化碳和锂的反应产物、多硫化物和其它的无机添加剂。9. 一种电流产生装置，所述电流产生装置包含阳极；禾口设置在所述阴极和阳极之间的非水性电解液单元，所述非水性电解液单元包含电解质盐和通式Rl-S02-R2的不对称非环状砜，其中Rl为垸基，并且R2为含氧烷基。10. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述装置为伏打电池。11. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述装置为超电容器。12. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述R1烷基包含氧，并且具有与R2不同的化学式。13. 权利要求12所述的电流产生装置，其中所述R1或R2基团选自-CH2OCH3、 -CF2OCH3、 -CF2OCF3 、 -CH2CH2OCH3 、 -CH2CF2OCH3 、-CF2CH2OCH3 、 -CF2CF2OCH3 、 -CF2CF2OCF3 、 -CF2CH2OCF3 、 -CH2CF2OCF3 、-CH2CH2OCF3、 -CHFCF2OCF2H、 -CF2CF2OCF(CF3)2、 -CF2CH2OCF(CF3)2、-CH2CF2OCF(CF3)2 、 -CH2CH2OCF(CF3)2 、 -CF2CF2OC(CF3)3 、-CF2CH2OC(CF3)3、 -CH2CF2OC(CF3)3、 -CH2CH2OC(CF3)3 、-CH2CH2OCH2CH3 、 -CH2CH2OCH2CF3 、 -CH2CH2OCF2CH3 、-CH2CH2OCF2CF3、 -CH2CF2OCH2CH3、 -CH2CF2OCF2CH3 、-CH2CF2OCH2CF3、 -CH2CF2OCF2CF3、 -CF2CH2OCH2CH3 、-CF2CH2OCF2CH3、 -CF2CH2OCH2CF3、 -CF2CH2OCF2CF3 、-CF2CF2OCH2CH3、 -CF2CF2OCF2CH3、 -CF2CF2OCH2CF3、 -CF2CF2OCF2CF3、-CF2CF2CF2OCH3 、 -CF2CF2CH2OCH3 、 -CF2CH2CF2OCH3 、-CH2CF2CF2OCH3 、 -CH2CF2CH2OCH3 、 -CH2CH2CF2OCH3 、-CF2CH2CH2OCH3 、 -CH2CH2CH2OCH3 、 -CF2CF2CF2OCF3 、-CF2CF2CH2OCF3 、 -CF2CH2CF2OCF3 、 -CH2CF2CF2OCF3 、 -CH2CH2CF2OCF3 、-CH2CF2CH2OCF3 、 -CF2CH2CH2OCF3 、 -CH2CH2CH2CH2OCH3 、-CH2CH2CH2CH2CH2OCH3 、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2OCH3 、-CH2CH2OCH2CH2OCH3 、 -CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH3 。14. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述Rl基团选自甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、正丙基(-CH2CH2CH3)、正丁基(-CH2CH2CH2CH3)、正戊基(-CH2CH2CH2CH2CH3)、正己基(-0^012012012(:112013)、正庚基(-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3)、 异丙基(-CH(CH3)2)、 异丁基(-CH2CH(CH3)2)、仲丁基(-CH(CH3)CH2CH3)、叔丁基(-C(CH3)3)、异戊基(-CH2CH2CH(CH3)2)、三氟甲基(-CF3)、 2， 2, 2-三氟乙基(-CH2CF3)、 1， 1-二氟乙基(-CF2CH3)、全氟乙基(-CF2CF3)、 3， 3， 3-三氟-正丙基(-CH2CH2CF3)、2,2-二氟-正丙基(-CH2CF2CH3)、 1, 1-二氟-正丙基(-CF2CH2CH3)、 1, 1,3,3,3-五氟-正丙基(-CF2CH2CF3)、 2,2，3,3，3-五氟-正丙基(-CH2CF2CF3)、全氟正丙基(-CF2CF2CF3)、全氟正丁基(-CF2CF2CF2CF3)、全氟正戊基(-CF2CF2CF2CF2CF3)、全氟正己基(-CF2CF2CF2CF2CF2CF3)、全氟正庚基(-CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF3) 、 -CF(CH3)2 、 -CH(CH3)CF3 、 -CF(CF3)2 、-CH(CF3)2 、 -CH2CF(CH3)2 、 -CF2CH(CH3)2 、 -CH2CH(CH3)CF3 、-CH2CH(CF3)2、 -CF2CF(CF3)2、 -C(CF3)3。15. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述离子电解质盐选自MC104、 MPF6、 MPFx(CnF2n+1)6.x、 MBF4、 MBF4.x(CnF2n+1)x、 MAsF6、 MSCN、MB(C02)4、 MN(S02CF3)2和MS03CF3，其中M为锂或钠，或它们的任何混合物。16. 权利要求9所述的电流产生装置，其中所述电解液单元还包含电解液共溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯奥斯丁安杰尔，孙晓光，
申请(专利权)人：亚利桑那州大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]