【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及有機官能的硅酮或硅烷化合物，包含該有機官能的硅酮或硅烷化合物的電解質(zhì)，以及包含該電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。更具體地，本專利技術(shù)涉及具有選定官能團的有機官能的硅酮或硅烷化合物。包含有機官能的硅酮或有機硅烷的電解質(zhì)組合物具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性(ionic?conductivity,離子導(dǎo)電性)，并且可以合適的形式(液體、凝膠、膜等)提供用于在各種尺寸的電化學(xué)裝置(例如，鋰離子電池)中使用，以及用于寬范圍的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、離子導(dǎo)電材料被用于各種電化學(xué)裝置，包括一次電池、二次電池、太陽能電容器、傳感器、電化學(xué)顯示器等中。常見的離子傳導(dǎo)材料為使用含有鋰鹽的基于烷基碳酸酯的液體的混合物的電解質(zhì)。這些材料在陽極和陰極周圍形成鈍化膜(passive?film)，使電池能夠有效地工作。鋰離子電池中使用的大多數(shù)已知離子傳導(dǎo)電解質(zhì)可能是高度反應(yīng)性的和易燃的，這可能會帶來安全問題，特別是如果電池過充電至125℃以上的溫度。
2、固體電解質(zhì)材料例如聚合物電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)(本文中統(tǒng)稱為固體聚合物電解質(zhì)或spe)已被開發(fā)用作電池應(yīng)用中的導(dǎo)電材料。固體聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的特性，包括成膜性質(zhì)、柔性、輕質(zhì)、彈性和透明性。這些材料也不表現(xiàn)出與其它離子傳導(dǎo)材料相關(guān)的泄漏，并且可防止在正極和負(fù)極材料的重復(fù)使用和短路期間電池容量的下降。固體聚合物電解質(zhì)也可表現(xiàn)出高的充電/放電效率，這與形成為膜的能力一起，允許這些材料用于不同尺寸和形狀的各種類型的電池中。
3、使用固體聚合物電解質(zhì)技術(shù)的常規(guī)電池當(dāng)前使用用有機碳酸酯溶劑溶脹的多孔聚偏氟
4、鋰二次電池的安全性和性能的改善導(dǎo)致了對改善的材料的需求，以便為鋰二次電池提供改善的特性。特別地，鋰二次電池必須滿足與高功率和高能量系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用。電池的性能取決于電解質(zhì)的電壓穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。通常，鋰離子電池使用具有高度揮發(fā)性、可燃性和化學(xué)反應(yīng)性的液體電解質(zhì)。這里，鋰鹽，更常見地lipf6，被溶解在有機極性溶劑例如碳酸亞乙酯(ec)和一種或多種共溶劑例如碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)或碳酸甲乙酯(emc)中。這些常規(guī)使用的有機電解質(zhì)在高操作電壓(在4.5v以上)下是不穩(wěn)定的。此外，鋰鹽在高溫(在60℃以上)下在這種有機溶劑中一般不穩(wěn)定。在這些條件下使用這些類型的電解質(zhì)操作鋰離子電池可造成電極材料的降解，從而導(dǎo)致電池性能下降。此外，當(dāng)前使用的電解質(zhì)溶劑的閃點低(約35℃)，其可在電池在運行期間失效(發(fā)生故障)時釋放熱量。由于這些限制，當(dāng)前使用的有機電解質(zhì)阻礙了鋰離子電池在高功率和高能量應(yīng)用中的發(fā)展。因此，需要用于先進的鋰離子電池的改善的電解質(zhì)溶液。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、在一個方面，本專利技術(shù)提供有機官能的硅酮或硅烷化合物以及包含這種化合物的電解質(zhì)組合物。
2、在一個方面，有機官能的硅酮或硅烷化合物為包含有機極性基團的硅烷。在一種實施方式中，有機官能的硅酮或硅烷化合物為包含有機極性基團和聚亞烷基醚基團的硅烷。
3、在另一個方面，有機官能的硅酮或硅烷化合物為包含有機極性基團的碳硅烷(carbosilane)。在一種實施方式中，碳硅烷包含有機極性端基。在另一實施方式中，碳硅烷包含聚亞烷基醚端基。
4、在進一步的方面，提供如下的電解質(zhì)組合物，所述電解質(zhì)組合物包含根據(jù)前述實施方式任一項所述的有機官能的硅酮或硅烷化合物，和鹽。在實施方式中，所述鹽為鋰鹽。
5、在又一個方面，本專利技術(shù)提供包含本專利技術(shù)的電解質(zhì)組合物的電化學(xué)裝置。
6、本專利技術(shù)的有機官能的硅酮或硅烷化合物以及包含其的電解質(zhì)可在電化學(xué)裝置中提供改善的性能，包括改善的高電流密度性能和阻燃性(fire?retardancy)。
7、在一個方面，提供了包含式(i)的有機官能的硅酮或硅烷化合物的電解質(zhì)：
8、
9、其中r1、r2和r3各自獨立地選自c1-c10烷基、c1-c10取代的烷基、c5-c30環(huán)狀烷基、c6-c30芳基、c2-c10醚、式(ia)的基團和式(ib)的基團；并且r4選自式(ia)或(ib)的基團；
10、其中式(ia)和(ib)由下式表示：
11、ve[(ch2)f]x………(ia)
12、wg[(ch2)h(y)i(z)j(ch2)k(ch2o)l]x…(ib)
13、其中v為選自氧、氮和硫的雜原子；
14、w為選自氧、氮和硫的雜原子；
15、z為選自氧、氮和硫的雜原子；
16、e為0或更大；
17、f為0或更大，其中(e+f)大于1；
18、g、h、i、j、k和l各自獨立地為0或更大，其中(g+h+i+j+k+l)大于0；
19、y選自任選地用鹵素原子取代的烷基硅烷基基團；和
20、x選自(i)當(dāng)l大于0時，c1-c10烷基基團，或(ii)有機極性基團；條件是當(dāng)r1、r2和r3各自選自c1-c10烷基且r4為基團(ia)時，則x選自酰胺、硫代酰胺、異氰酸酯、異硫氰酸酯、硫氰酸酯、砜、亞砜、磺酸酯、氟烷基、磺酰胺、磺酰酰胺(sulfonoamide)、脲、硫脲、酰亞胺、磺酰酰亞胺(sulfonoimide)、硝基、醚、氧雜環(huán)戊烷(氧戊環(huán)，oxolane)、呋喃、內(nèi)酯、硫雜環(huán)戊烷(thiolane)、噻吩、吡啶、氟烷基取代的苯基、吡咯烷酮或吡咯。
21、在一種實施方式中，當(dāng)不受所述條件約束時，所述有機極性基團x選自腈、酰胺、硫代酰胺、異氰酸酯、異硫氰酸酯、硫氰酸酯、砜、亞砜、磺酸酯、氟烷基、磺酰胺、磺酰酰胺、脲、硫脲、酰亞胺、磺酰酰亞胺、硝基、醚、氧雜環(huán)戊烷、呋喃、內(nèi)酯、二氧戊環(huán)酮(dioxolactone)、硫雜環(huán)戊烷、噻吩、吡啶、氟烷基取代的苯基、吡咯烷酮、吡咯、或其兩種或更多種的組合。
22、在一種實施方式中，有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-a)：
23、
24、其中r1、r2和r3為c1-c10烷基。
25、在一種實施方式中，式i-a的有機官能的硅酮或硅烷化合物的r4為糠基基團，條件是r1、r2和r3不為聚亞烷基醚基團。
26、在一種實施方式中，有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-b)，其中在式(i)中，r3為聚亞烷基醚基團，并且r4具有式(ia)：
27、
28、在一種實施方式中，x、r1和r2不同于糠基基團。
29、在一種實施方式中，所述電解質(zhì)包含至少一種式(ib)的基團，其中g(shù)為0，h大于0，并且i大于0，從而形成碳硅烷。
30、在一種實施方式中，有機官能的硅酮或硅烷化合物為具有式(i-c)：
31、
32、其中r1、r2和r3如上所述；r5和r6獨立地為c1-c10烷基、c1-c10取代的烷基或鹵素原子；并本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.電解質(zhì)，其包含式(I)的有機官能的硅酮或硅烷化合物：
2.權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)，其中，當(dāng)不受所述條件約束時，所述有機極性基團X選自腈、酰胺、硫代酰胺、異氰酸酯、異硫氰酸酯、硫氰酸酯、砜、亞砜、磺酸酯、氟烷基、磺酰胺、磺酰酰胺、脲、硫脲、酰亞胺、磺酰酰亞胺、硝基、醚、氧雜環(huán)戊烷、呋喃、內(nèi)酯、二氧戊環(huán)酮、硫雜環(huán)戊烷、噻吩、吡啶、氟烷基取代的苯基、吡咯烷酮、吡咯、或其兩種或更多種的組合。
3.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-A)：
4.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述式I-A的有機官能的硅酮或硅烷化合物的R4為糠基基團，條件是R1、R2和R3不同于聚亞烷基醚基團。
5.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-B)：
6.權(quán)利要求5所述的電解質(zhì)，其中X、R1和R2不同于糠基基團。
7.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述式(I)的有機官能的硅酮或硅烷化合物為碳硅烷。
8.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮
9.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-D)：
10.權(quán)利要求9所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-F)：
11.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-G)：
12.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-H)：
13.權(quán)利要求12所述的電解質(zhì)，其中X'和X”各自獨立地選自(i)C1-C10烷基，當(dāng)l'和l”大于0，或選自有機極性基團X。
14.權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-I)：
15.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-J)：
16.權(quán)利要求15所述的電解質(zhì)，其中X”'和X*選自(i)當(dāng)l”'和l*大于0時，C1-C10烷基基團，或選自(ii)有機極性X。
17.權(quán)利要求15所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(I-K)：
18.權(quán)利要求1、2、5、6、7、8、9、11、12、13、15或16任一項所述的電解質(zhì)，其中所述有機極性基團獨立地選自式(X-i至X-xii)的基團：
19.權(quán)利要求1-3任一項所述的電解質(zhì)，其中所述有機極性基團獨立地選自式(X-ii至X-ix，和/或X-xi)的基團：
20.權(quán)利要求1-19任一項所述的電解質(zhì)，其中除非受所述條件的約束，否則X為獨立地選自如下的有機極性基團：
21.權(quán)利要求1-20所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物為電解質(zhì)添加劑、溶劑和/或共溶劑。
22.權(quán)利要求1-22任一項所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物為放置于選自以下的溶劑中的電解質(zhì)添加劑：甲苯、二甲苯、己烷、DMF、THF、DCM、DMSO、NMP和乙酸乙酯。
23.電解質(zhì)組合物，其包含(i)權(quán)利要求1-22任一項所述的電解質(zhì)；和(ii)鹽。
24.權(quán)利要求23所述的電解質(zhì)組合物，其中所述鹽為鋰鹽。
25.權(quán)利要求23所述的電解質(zhì)組合物，其中所述鋰鹽選自LiClO4、LiCF3SO3、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、Li(CF3SO2)3C、LiN(SO2C2F5)2、烷基氟磷酸鋰、有機硼酸鹽、或其兩種或更多種的組合。
26.權(quán)利要求23-25任一項所述的電解質(zhì)組合物，其進一步包含(iii)溶劑。
27.權(quán)利要求26所述的電解質(zhì)組合物，其中所述溶劑選自烷基碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯、甘醇二甲醚、聚亞烷基二醇二烷基醚、或其兩種或更多種的組合。
28.權(quán)利要求26-27任一項所述的電解質(zhì)組合物，其進一步包含(iv)共溶劑。
29.權(quán)利要求28所述的電解質(zhì)組合物，其中所述共溶劑選自烷基碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯、甘醇二甲醚、聚亞烷基二醇二烷基醚、或其兩種或更多種的組合。
30.權(quán)利要求23-25所述的電解質(zhì)組合物，其中所述電解質(zhì)為固體電解質(zhì)、液體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)。
31.權(quán)利要求30所述的電解質(zhì)組合物，其進一步包含(v)增塑劑，其中所述增塑劑選自烷基碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯、甘醇二甲醚、聚亞烷基二醇二烷基醚、或其兩種或更多種的組合。
32.權(quán)...
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
1.電解質(zhì)，其包含式(i)的有機官能的硅酮或硅烷化合物：
2.權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)，其中，當(dāng)不受所述條件約束時，所述有機極性基團x選自腈、酰胺、硫代酰胺、異氰酸酯、異硫氰酸酯、硫氰酸酯、砜、亞砜、磺酸酯、氟烷基、磺酰胺、磺酰酰胺、脲、硫脲、酰亞胺、磺酰酰亞胺、硝基、醚、氧雜環(huán)戊烷、呋喃、內(nèi)酯、二氧戊環(huán)酮、硫雜環(huán)戊烷、噻吩、吡啶、氟烷基取代的苯基、吡咯烷酮、吡咯、或其兩種或更多種的組合。
3.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-a)：
4.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述式i-a的有機官能的硅酮或硅烷化合物的r4為糠基基團，條件是r1、r2和r3不同于聚亞烷基醚基團。
5.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-b)：
6.權(quán)利要求5所述的電解質(zhì)，其中x、r1和r2不同于糠基基團。
7.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述式(i)的有機官能的硅酮或硅烷化合物為碳硅烷。
8.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-c)：
9.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-d)：
10.權(quán)利要求9所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-f)：
11.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-g)：
12.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-h)：
13.權(quán)利要求12所述的電解質(zhì)，其中x'和x”各自獨立地選自(i)c1-c10烷基，當(dāng)l'和l”大于0，或選自有機極性基團x。
14.權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-i)：
15.權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-j)：
16.權(quán)利要求15所述的電解質(zhì)，其中x”'和x*選自(i)當(dāng)l”'和l*大于0時，c1-c10烷基基團，或選自(ii)有機極性x。
17.權(quán)利要求15所述的電解質(zhì)，其中所述有機官能的硅酮或硅烷化合物具有式(i-k)：
18.權(quán)利要求1、2、5、6、7、8、9、11、12、13、15或16任一項所述的電解質(zhì)，其中所述有機極性基團獨立地選自式(x-i至x-xii)的基團：
19.權(quán)利要求1-3任一項所述的電解質(zhì)，其中所述有機極性基團獨立地選自式(x-ii至x-ix，和/或x-xi)的基團：
20.權(quán)利要求1-19任一項所述的電解質(zhì)，其中除非受所述條件的約束，否則x為獨...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·G·穆拉利，K·賓杜馬德哈萬，K·西瓦蘇布拉馬尼安，S·巴特，
申請(專利權(quán))人：邁圖高新材料公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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