电解质添加剂制造技术

本发明专利技术涉及一种产生电流的电池，其包括：(a)阴极，(b)Li基阳极，和(c)至少一种置于所述阴极和所述阳极之间的电解质，其中所述至少一种电解质(c)含有至少一种螺铵盐；还涉及螺铵盐作为添加剂在产生电流的电池电解质中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解质添加剂本申请要求于2010年9月30日提交的序列号为61/388，100的未决美国临时专利申请的权益，在此通过引用将其全部并入本文。本专利技术涉及螺铵盐作为电解质添加剂在产生电流的电池，特别是在包括Li基阳极的产生电流的电池中的用途。此外，本专利技术涉及包括阴极、Li基阳极和至少一种电解质的产生电流的电池，其中所述电解质含有至少一种螺铵盐。对具有高能量密度且长期可充电的产生电流的电池存在强烈需求。这类产生电流的电池用于便携式设备如笔记本或数码相机中，且未来将在储存由可再生能源所产生的电能中起重要作用。锂在所有化学元素中具有最高的负标准电势。因此，具有Li基阳极的产生电流的电池具有极高的电池电压和极高的理论容量。出于这些原因，Li非常适用于产生电流的电池中。将Li用于产生电流的电池中所导致的一个问题是Li (例如)对水和某些溶剂具有高反应性。由于其高反应性，Li与常用的液体电解质的接触可导致Li与电解质发生反应，由此使得Li不可逆地消耗。因此，产生电流的电池的长期稳定性受到不利影响。取决于用于产生电流的电池阴极的材料，可能发生Li的其他不希望的反应。例如，Li/S电池组的一个问题为在阴极处所形成的聚硫化物在电解质中具有良好的溶解性。所述聚硫化物可由阴极区扩散至阳极区。在此处，所述聚硫化物还原成固体沉淀物(Li2S2和/或Li2S)，从而导致活性物质在阴极处损失，并因此降低Li/S电池组的容量。硫的利用率通常为阴极中所存在硫的约60%。上述锂-硫(Li/S)电池组为具有所希望特性的可充电电池组。在Li/S电池组中，阳极活性物质为Li金属，且阴极活性物质为硫。在放电模式中，Litl离解为电子和溶于电解质中的Li+离子。该过程称为锂脱出。在阴极处，硫首先还原成聚硫化物如Li2S8、Li2S6、Li2S4和Li2S3。这些聚硫化物可溶于电解质中。在进一步还原后，形成沉淀的Li2S2和Li2S。在Li/S电池组的充电模式中，Li+离子在阳极处还原成Li°。Li+离子从电解质中移除并由此沉淀在阳极上。这称为锂镀敷。Li2S2和Li2S在阴极处氧化成聚硫化物(如Li2S4' Li2S6 和 Li2S8)和硫(S8)。Li/S电池组的理论比能量比Li离子电池组高四倍，尤其是其重量能量密度(Wh/kg)比Li离子电池组高。这是其作为汽车用可充电能源的可能用途的重要性质。此外，用作Li/S电池组阴极中的主要材料的硫比Li离子电池组中所用的Li离子嵌入化合物更廉价。US2008/0193835A1公开了用于锂/硫电化学电池的电解质，其包含一种或多种N-O化合物和非水性电解质。所述非水性电解质可选自无环醚、环醚和聚醚以及砜类，其可进一步包含离子型电解质锂盐以提高离子传导性。所述N-O化合物可选自例如无机硝酸盐、有机硝酸盐、无机亚硝酸盐、有机亚硝酸盐。添加N-O化合物提高了 Li/S电化学电池的性能。尽管存在已对Li电池组如Li/S电池组领域进行了长期且深入的研究这一事实，然而仍需要进一步改善这类电池组以获得能进行许多次充/放电循环而不使其容量过多损失的Li电池组。根据本专利技术，该目的通过一种产生电流的电池，其包括:(a)阴极，(b) Li基阳极，和(c)至少一种置于所述阴极和所述阳极之间的电解质，其中所述至少一种电解质(C)含有至少一种螺铵盐，以及螺铵盐作为产生电流的电池的电解质中，优选在产生电流的Li基电池的电解质中，特别是在包括Li基阳极的产生电流的电池电解质中的添加剂的用途而实现。本专利技术的产生电流的电池包含含有至少一种螺铵盐的电解质。所述螺铵盐对电池的循环稳定性和性能具有有利影响。下文将对本专利技术进行详细描述。本文所用的术语“产生电流的电池”旨在涵盖电池组、原电化学电池和二次电化学电池,尤其是可充电电池组。本文所用的术语“Li基阳极”旨在意指包含含Li阳极活性化合物作为在充/放电过程中在阳极处发生的电化学反应的主要成分的阳极。本文所用的术语“含Li阳极活性化合物”旨在意指在产生电流的电池放电过程中释放出Li+离子的含Li化合物，即所述阳极活性化合物中所含的Li在阳极处氧化。在产生电流的电池的充电过程中(如果所述电池为可充电电池)，Li+离子在阳极处还原并使Li引入所述含Li阳极活性化合物中。含Li阳极活性化合物是已知的。所述阳极活性Li化合物可选自锂金属、锂合金和嵌锂化合物。所有这些材料均可可逆地以Litl形式嵌入锂离子或可逆地与锂离子反应以 形成含锂(Li°)化合物。例如不同的碳材料和石墨能可逆地嵌入和脱嵌锂离子。这些材料包括晶态碳、无定形碳或其混合物。锂合金的实例为锂锡合金、锂铝合金、锂镁合金和锂硅合金。锂金属可呈已沉积在基材上的锂金属箔或锂薄膜形式。嵌锂化合物包括锂嵌碳和锂嵌石墨。锂和/或锂金属合金可作为一层膜或以若干层膜形式包含，其任选通过陶瓷材料(H)隔开。合适的陶瓷材料(H)如下所述。本专利技术的术语“螺铵”是指含有至少一个带正电荷的季N原子的阳离子，所述季N原子为两个环的唯一共用原子。所述共用原子称为螺原子。所述至少一种螺铵盐优选选自通式(I)的盐:n-(I)，其中 η=1、2、3 或4 ;和通式(IIa)-(IIc)的盐: + + Wn-(IIa),其中 η=2，+ + + n-(Ilb)，其中 n=3，和+ + + + n_ (IIc)，其中 n=4，其中:+为如下通式的螺铵阳离子:权利要求1.一种产生电流的电池，其包括: (a)阴极， (b)Li基阳极，和 (C)至少一种置于所述阴极和所述阳极之间的电解质， 其中所述至少一种电解质(C)含有至少一种螺铵盐。2.根据权利要求1的产生电流的电池，其中所述至少一种螺铵盐选自通式(I)的盐: n_(I)，其中 n=l、2、3 或4; 和通式(IIa)-(IIc)的盐: + + EYr-(IIa),其中 n=2， + + + n_ (Ilb)，其中 n=3，和 + + + + n_ (IIc)，其中 n=4， 其中: +为如下通式的螺铵阳离子:3.根据权利要求2的产生电流的电池，其中所述杂原子选自S1、N、0、S和P。4.根据权利要求2或3的产生电流的电池，其中:所述取代基 R4、R5、R6、R7 和 R8 选自 F ；C1 ;Br、I ；CN ;0H、OR9 ；NH2 ；NHR9 ；NR9R10, CO ；=NH ；=NR9、COOH ；COOR9 ；CONH2 ；CONHR9 ；CONR9R10 ；S03H ;支链和直链 C1-C2tl 烷基和 C1-C2tl 烷氧基；C3-C10环烷基；支链和直链C2-C2tl链烯基；c3-c1(l环烯基；c5-c14芳基、C5-C14芳氧基；和C5-C14杂环基；其中烷基、烷氧基、环烷基、链烯基、环烯基、芳基、芳氧基和杂环基可被一个或多个选自如下组的取代基取代:F ；C1 ;Br、I ；CN ;0H、OR11 ；NH2 ；NHRn ；NR11R12, CO ；=NH ;=NRn、COOH ；COOR11 ；CONH2 ；CONHR11 ；CONR11R12 ；S03H ;支链和直链 C1-C6 烷基和 C1-C6 烷氧基；C3-C7 if烷基；支链和直链C2-C6链烯基；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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·施密特，D·M·巴丁，X·斯特伊穆勒，H·默瓦尔德，I·科瓦廖夫，Y·V·米哈伊利克，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，锡安能量公司，
类型：
国别省市：