本发明专利技术提供了锂离子电化学电池，其包括离子液体电解质溶液和具有碳板集流体的正极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有离子液体电解质的电化学电池相关申请的交叉引用本申请要求2008年5月29日提交的第61/057，179号美国临时专利申请的优先 权，所述申请以其整体引用的方式并入本文中并用于所有目的。
技术介绍
目前在包括消费类电子产品和汽车工业中的各种申请中，对于开发新一代高温稳 定、高电压、不易燃的和持久可充电电池有极大兴趣。因为具有有机溶剂的常规电解质一般是大量使用的并产生难以遏制的有害溢出 的挥发性液体，所以其是危险化学品清单上的高危化学品。已知当使用诸如玻璃碳或钼的 惰性电极时，发现基于有机溶剂的电解质比当使用包含如插层化合物的活性材料的电极时 有较宽的稳定窗口。对于包含活性材料的电极，由于电解质与活性材料的相互作用，发现有 较小的电解质稳定窗口。此外，增加温度加强这些相互作用而导致更小的稳定窗口。离子液体是在环境温度下或接近环境温度下为液体的盐。不像常规有机溶剂，离 子液体是不挥发的、不易燃的和在高达500°C的宽温度范围内是化学稳定的。这些性质有利 于帮助降低蒸发的损失，消除易挥发的有机散发物，并改善安全性。离子液体的其它性质也 证实是有利的。例如，许多离子液体具有在该温度下保持液态的宽的温度范围，并在宽PH 范围内是稳定的。这有利于在所需PH下进行高温处理。离子液体还显示出在25°C下在玻 璃碳电极间测得的高达5. 5V的最宽的电化学稳定窗口(参见MacFarlan^et al. Journal, of PhysicalChemistry B.1999，103，4164)。因此，亟需开发基于具有高热稳定性、宽电化学稳定窗口、低腐蚀性、优异的耐久 性和高离子电导率的锂离子电化学电池和电池的离子液体的电解质。本专利技术满足了这些和 其它需求。专利技术概述本专利技术提供了热稳定的锂离子电化学电池。所述电池包括电解质溶液，其包含锂 化合物、离子液体或有机溶剂和离子液体的混合物。与常规的有机溶剂相比，离子液体允许 容易地得到非常高的电解质浓度。有利地，所述电化学电池具有高热稳定性，宽电化学稳定 窗口、低腐蚀性、优异的耐久性、高工作电压和高离子电导率。比诸如Al和M的其它常规 金属集流体高的碳集流体的阳极稳定性；与离子液体的较高的阳极稳定性结合允许待使用 的阴极活性材料的较高的电压，这将提高电池的能量密度。一方面，本专利技术提供了锂离子电化学电池。所述电池包括正极，其包含正极活性材 料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体，负极，其包含负极活性材料和与负极材 料电子导电接触的集流体，离子渗透隔板，和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶 液。所述电解质溶液包含锂化合物和溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶剂和 式(I)的离子液体的混合物Q+E^(I)Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基 鳞、三烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S的作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元杂环烷基或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5个 任选取代的烷基任选取代，并且Rf是烷基或烷氧基烷基。Ε—是阴离子，其选自R1-X-R2(Rs) m、NC-S\ BFp PFp RaSOp RaPT3> RaC0” Γ、C104\ (FSO2)2N-, AsFfSOp B-(0Ral) 2 (ORa2) 2 和 双硼酸盐。下标m是0或1。当m是0时，X是N。当m是1时，X是 C。R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb, -SO2-La-SO2NXi+SO2Rb,-P (0) (ORb)2, -P (0) (Rb)2, -CO2Rb、-C (0) Rb 和-H，前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢。每个Ra独立地为全氟烷基。La为Ch全氟 亚烷基。每个Rb独立地选自CV8烷基、C"卤代烷基、C1^8全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选 取代的巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸。所述烷基或全氟烷基的至少一个碳_碳键被 选自-0-或-S-的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、C1^4卤代烷 基、Ch 全氟烷基、-CN、-SO2Rc、-P (0) (ORc)2, -P (0) (Rc)2, -CO2Rc 和-C (0) Rc 的 1 至 5 个成员 任选取代，其中Re独立地为CV8烷基、C1^8全氟烷基或全氟苯基并且La为CV4全氟亚烷基。 Ral和Ra2各自独立地为烷基。在一个实施方案中，两个Ral基团和与两个Ral基团相连的氧 原子以及与两个氧原子相连的硼原子一起形成与具有0至1个氮杂原子的六元芳香环任选 稠合的五_或六-元环，并且任选地两个Ra2基团和与两个Ral基团相连的氧原子以及与两 个氧原子相连的硼原子一起形成与具有0至1个氮杂原子的六元芳香环任选稠合的五_或 六-元环。在某些实施方案中，具有第一连接端和第二连接端的至少一个正极连接片，其中 所述第一连接端与正极集流体相连；任选地，具有第一连接端和第二连接端的至少一个负 极连接片，其中所述第一连接端连接到所述负极集流体上。在其它方面，本专利技术提供了电池组。所述电池组包括多个电池，其中每个电池包含 式(I)的离子液体Q+E^(I)其中Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四 烷基鳞、三烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S的作为环成员的1至3个杂原子的5-或 6-元杂环烷基或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至 5个任选取代的烷基任选取代，并且每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基。Ε"是阴离子，其选 自 R1-X-R2 (R3)m, NC-S\ BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCOp Γ、ClOp (FSO2) 2N_、AsF6\ SO4-和双 硼酸盐，其中m是0或1。当m是0时，X是N。当m是1时，X是C。 R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2-La-SO2N-Li+SO2Rb、-P (0) (ORb)2、-P(O) (Rb)2、-CO2Rb、-C(O)RlP -H ；前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m= 1 时，R1、! 2和R3中不多于一个是氢。每个Rli立地为C"全氟烷基。每个Rb独立地选自CV8 烷基、CV8卤代烷基、CV8全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的巴比妥酸和任选取代的硫代 巴比妥酸。所述烷基或全氟烷基的至少一个碳-碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以 形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Ch卤代烷基、CH全氟烷基、-CN、-S02Re、-P (0) (ORc)2^-P(O) (Rc)2^-CO2Rc和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中R。独立地为C1^烷基、 CV8全氟烷基或全氟苯基并且La为(^_4全氟亚烷基。从下面的详细描述和图，对于本领域 技术人员本专利技术的这些及其它方面和优势将变得显而易见。附图简述附图说明图1例示全锂离子电化学电池的放电容量图。电解质溶液为IM的 LiN(SO2CF3)2(LiTFS本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．锂离子电化学电池，其包括：正极，其包含正极活性材料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体；负极，其包含负极活性材料和与所述负极材料电子导电接触的集流体；离子渗透隔板；和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶液，其中所述电解质溶液包含锂化合物和溶剂，所述溶剂选自式（Ｉ）的离子液体或有机溶剂与式（Ｉ）的离子液体的混合物： Ｑ＋Ｅ－ （Ｉ）其中Ｑ＋是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鏻、三烷基鏻、四烷基鏻、三烷基锍、（Ｒｆ）４Ｎ＋和具有选自Ｎ、Ｏ或Ｓ作为环成员的１至３个杂原子的５－或６－元杂环烷基或杂芳基环的Ｎ－烷基或Ｎ－氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被１至５个任选取代的烷基任选取代；Ｅ－是阴离子，其选自Ｒ１－Ｘ－Ｒ２（Ｒ３）ｍ、ＮＣ－Ｓ－、ＢＦ４－、ＰＦ６－、ＲａＳＯ３－、ＲａＰ－Ｆ３、ＲａＣＯ２－、Ｉ－、ＣｌＯ４－、（ＦＳＯ２）２Ｎ－、ＡｓＦ６－、ＳＯ４－和双［草酸盐（２－）－Ｏ，Ｏ’］硼酸盐，其中ｍ是０或１；当ｍ是０时，Ｘ是Ｎ；当ｍ是１时，Ｘ是Ｃ；Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、－ＣＮ、－ＳＯ２Ｒｂ、－ＳＯ２－Ｌａ－ＳＯ２Ｎ－Ｌｉ＋ＳＯ２Ｒｂ、－Ｐ（Ｏ）（ＯＲｂ）２、－Ｐ（Ｏ）（Ｒｂ）２、－ＣＯ２Ｒｂ、－Ｃ（Ｏ）Ｒｂ和－Ｈ；前提是当ｍ＝０时，Ｒ１和Ｒ２不是氢，并且当ｍ＝１时，Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３中不多于一个是氢；每个Ｒａ独立地为Ｃ１－８全氟烷基；每个Ｒｂ独立地选自Ｃ１－８烷基、Ｃ１－８卤代烷基、Ｃ１－８全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸；每个Ｒｆ独立地为烷基或烷氧基烷基；并且其中所述烷基或全氟烷基的至少一个碳－碳键被选自－Ｏ－或－Ｓ－的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Ｃ１－４卤代烷基、Ｃ１－４全氟烷基、－ＣＮ、－ＳＯ２Ｒｃ、－Ｐ（Ｏ）（ＯＲｃ）２、－Ｐ（Ｏ）（Ｒｃ）２、－ＣＯ２Ｒｃ和－Ｃ（Ｏ）Ｒｃ的１至５个成员任选取代，其中Ｒｃ独立地为Ｃ１－８烷基、Ｃ１－８全氟烷基或全氟苯基并且Ｌａ为Ｃ１－４全氟亚烷基。...
【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：戴宏力，
申请(专利权)人：莱登能源公司，
类型：发明
国别省市：US
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