提供一種溶劑組合物，其表現出不揮發性、不可燃性、熱穩定性、化學穩定性和高離子導電性，具有優越的大倍率充電／放電特性，低溫下不發生性能降低，不發生裝置循環性能的下降，可作為電化學裝置中的非水電解質。包含離子液體和鹵化溶劑的溶劑組合物，其鹵化程度為８７％或低于８７％并含有至少一個部分鹵化的烷基和／或至少一個部分鹵化的亞烷基，并且其中所述溶劑組合物在２５℃下為單相并呈均勻態。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種離子液體及其應用，更具體地講，涉及一種溶劑 組合物，該溶劑組合物包含與具體的鹵化溶劑聯合使用的離子液體， 以及涉及一種采用該溶劑組合物作為非水電解質的電化學能量裝置， 如鋰離子二次電池。
技術介紹
離子液體(也被稱為"常溫熔融鹽")，作為取代水和有機溶劑的 新型介質，已受到越來越多的關注。雖然是一種離子化合物，也就是說， 是一種鹽，離子液體具有低熔點，在常溫附近呈液體。盡管尚未對離子液體有明確定義，熔點在ioo'c或更低的鹽一般被認為是離子液體。離子液體通常具有不揮發性、不可燃性、熱穩定性、化學穩定性和高 離子導電性。此外，已經有人提出利用上述特性將離子液體作各種應 用。特別地，在將離子液體作為有機合成和電解合成的反應溶劑以及 將其作為諸如鋰離子電池的電化學能量裝置(以下稱為"電化學裝置") 的電解質方面已進行了深入的研究。當用作電化學裝置的非水電解質時，離子液體具有比用于普通電 化學裝置的非水溶劑高得多的粘度。因此，離子液體的某些性能，如大倍率充電/放電特性(當放電倍率被設定在約i.oc時觀察到的充電/放電特性；也被稱為"大倍率充電/放電特性")和低溫性能不足，無 法滿足實際應用。在另一方面，通過選擇和采用具有相對低粘度的離 子液體有可能提高上述性能，但這樣的離子液體通常不具備電化學穩定性。結果是，可能發生所述裝置循環性能的降低，最糟糕的情況是 無法進行首次充放電。為解決這些問題，已提出各種離子液體及含有 離子液體的組合物，將在以下段落中具體說明。專利參考日本未經審查的專利公布(Kokai) No.2004-146346 (權 利要求，段落0136至0142)描述了一種包含熔點等于或低于5(TC的 離子液體的非水電解質、在較高電勢下比離子液體更易被還原和分解 的化合物和鋰鹽、以及使用所述非水電解質的二次電池。在這種非水 電解質中，通過改善其自身所用的離子液體，可改善其低溫特性和穩 定性。所用離子液體為這樣的離子液體其陽離子部分為季銨鹽離子 或季膦鹽離子，并含有至少一個垸氧基烷基。在實例13中，專利參 考1描述了一種以鋰鈷氧化物為正極活性物質、以MCMB(中間相碳 微球)為負極活性物質的二次電池。用于該二次電池中的電解質的制 備方法是將29重量份的鋰鹽(三氟甲基磺酰亞胺鋰)溶解于71重 量份的離子液體(雙三氟甲基磺酰亞胺N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧 基乙基)銨)中，再另加入10重量份的碳酸亞乙烯酯。就該二次電池 的充電/放電特性來說，如果將0.1C放電倍率下的放電容量設為100 %，在0.5C范圍內放電容量可保持在95%或更高，但在1.0C的 大倍率放電條件下容量衰減至56.4% (見參考中的表3 )。附帶地講， 大約在2002年時容量衰減至56.4%是可接受的，但該值無法滿足目 前二次電池的要求。專利參考白本未經審查的專利公布(Kokai) No.2004-362872 (權 利要求，段落0016至0022， 0028)描述了一種可充電裝置，該可充 電裝置包括用于該可充電裝置的電解質和一對電極，所述電解質含有 常溫熔融鹽(離子液體)和具有比熔融鹽更低粘度的含氟型溶劑。所 用含氟型溶劑由于是分子中含有至少一個氟原子和至少一個氧原子的 化合物而具有某些特性；其電勢窗口包括0至4.5 V(Li/Li+)范圍；如 權利要求中所述，它是一種含有質量比至少為10質量％的氟原子的 有機溶劑。參考中示出作為含氟型溶劑的具體實例的4-乙基氟化苯(為 方便起見以下稱為"化合物l";下同)，3-氟苯胺(化合物2 )，1，1，7，7-四氟庚烷(化合物3)，等等。然而，化合物2的閃點是77°C，常溫 熔融鹽的不可燃性的優點可能喪失。化合物1和3的閃點未知，但因為氟取代的比例非常小，閃點被認為同樣為低的。與常溫鹽混合時， 它們可能會有和化合物2 —樣的缺點。另一方面，盡管未給出具體實 例，甲基九氟丁醚和乙基九氟丁醚有可能被認為是能夠滿足權利要求 中所述要求的化合物，但這些醚類與含有垸基銨或咪唑陽離子的常溫 熔融鹽在單相均勻態中不相溶。專利參考日本未經審查的專利公布(Kokai) No.2005-135777 (權 利要求，段落0038， 0045， 0046)描述了一種含有至少一種常溫熔融鹽 作為其組分的非水電解質，其中非水電解質含有有機溶劑，所述有機 溶劑具有(1)和(2)中任一項所述的性質，并且在常溫下呈液態；(1) 沸點為°C或高于IO(TC，無閃點，并且(2) 閃點或分解起始溫度為200°C或高于200°C。滿足要求的有機溶劑包括碳氟化合物和含有一個芳環的磷酸酯。 非水電解質的實例包括如下。電解質10.5 L (升)的常溫熔融鹽乙基甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIBF4),1 mol LiBF4和0.5 L碳氟混合物"Fluorinert FC-40"(商品名; Sumitomo 3M公司產品)的混合物。(電解質2)0.5 L的常溫熔融鹽EMIBF4)， 1 mol LiBF4和0.5 L碳氟化合物 "Fluorinert FC-43"(商品名；Sumitomo 3M公司產品)的混合物。然而，當本專利技術的專利技術人嘗試做再現性測試時，含有上述各組分 的非水電解質無法通過常規方法，如混合、攪拌和加熱，實現均勻混 合。由于非水電解質形成在電化學裝置如鋰離子電池的電極界面交換 電子的位點，其應保持在均勻和單一相態下。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供一種溶劑組合物，其表現出不揮發性、 不可燃性、熱穩定性、化學穩定性和高離子導電性，具有優越的大倍 率充電/放電特性，低溫下不發生性能下降，不發生裝置循環性能的衰 減，可作為電化學裝置中的非水電解質。本專利技術的另一目的是提供一種電化學裝置，其使用上述溶劑組合 物作為非水電解質，具有優越的大倍率充電/放電特性，低溫下不發生性能下降，還具有優越的電化學穩定性，不發生裝置循環性能的下降。 通過以下詳細說明將容易了解本專利技術的這些和其他目的。本專利技術的專利技術人發現，如果將離子液體與某種具體的鹵化溶劑聯 合使用，而不是像現有技術中單獨使用離子液體，可以實現上述一個 或多個目的。本專利技術提供一種溶劑組合物，所述溶劑組合物包含離子 液體和鹵化溶劑，其中離子液體具有其中含有陽離子和陰離子形成的對的分子結構，其 熔點為IO(TC或更低；鹵化溶劑含有至少氟原子作為鹵素原子，鹵化度(定義為氟原子 數和其他鹵素原子數(如果存在)的和相對于整個分子中氟原子、其 他鹵素原子和氫原子的和的比例)不超過87%并含有至少一個部分鹵 化的垸基和/或至少一個部分鹵化的亞烷基；以及在25°C下，溶劑組 合物為單相并呈均勻態。本專利技術還涉及一種電化學裝置，其含有根據本專利技術的溶劑組合物 作為非水溶劑。從以下詳細說明中可以了解，本專利技術可獲得溶劑組合物，其可有 利地用于各種領域，包括作為有機合成和電解合成的反應溶劑以及用 于諸如鋰離子電池的電化學裝置中。根據本專利技術的溶劑組合物不含水，作為非水電解質(也叫做"非 水電解質溶液")尤其有用。當用于電化學裝置中時，這種非水電解 質作為第一組分可以充分表現出離子液體的各種性能，如不揮發性、 不可燃性、熱穩定性、化學穩定性以及在不降低含量的情況下表現出 高離子導電性。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種溶劑組合物，包含離子液體和鹵化溶劑，其中： 所述離子液體具有分子結構，陽離子和陰離子作為對被包含在該分子結構中，并且該液體具有１００℃或更低的熔點； 所述鹵化溶劑含有至少氟原子作為鹵素原子，鹵化度（定義為氟原子數與其他鹵素原子數（如果存在）的和相對于整個分子中氟原子、其他鹵素原子和氫原子數的和的比例）不超過８７％，并含有至少一個部分鹵化的烷基和／或至少一個部分鹵化的亞烷基；以及 所述溶劑組合物為單相，并且在２５℃下呈基本均勻態。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：瀨川晴貴，
申請(專利權)人：三M創新有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]
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