專利名稱：用于電池的離子液體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于電池中的多種室溫離子液體。本發(fā)明特別適合應(yīng)用于鋰電池中。
背景技術(shù)：
在電化學(xué)電池中，一種物質(zhì)在一個電極處被還原(即，獲得電子、并且然后在另一個電極處被氧化(即，失去電子)。被還原/氧化的物質(zhì)可以存在于連接這2個電極的電解質(zhì)溶液中、或者可以存在于這些電極本身中、或可以來自一種外部來源。在可再充電的鋰離子電池中，電解質(zhì)和電極兩者都被牽涉在電化學(xué)反應(yīng)中。例如，當使具有一個碳陽極和一個LiCoO2陰極的可再充電的鋰離子電池放電時，該陰極中的過渡金屬Co被還原(Co4+ — Co3+)·并且Li+從該陽極中被提取出來(LixC6 — xLi++6C+xe_)(又稱為脫摻雜或脫嵌)、并被插入該陰極的空位中(LihCoOfXLi^Xe. — LiCoO2)(又稱為摻雜或嵌入)。當充電時，該陰極中的Co被氧化(Co3+ — Co4+)，并且Li+從該陰極中被提取出來(LiCoO2 — Li^.CoO^xLi'+xeO并被插入該陽極中(xLi++6C+xf — LixC6)。其他陰極材料存在類似情況,這些材料總體上具有形式LiMxOy,其中M是至少一種選自下組的元素，該組由以下各項組成Co、Ni、Mn、Fe、Al、V 以及 Ti (如 LiMn02、LiFePO4 和 Li2FePO4FX對于電化學(xué)電池來說，凈電動勢(EMF)是化學(xué)EMF (即，放電過程中的還原/氧化反應(yīng))與跨越其端子所施加的任何電壓差EMF (即，在充電過程中)的總和。兩種EMF的組合因此可以在任一個方向上驅(qū)動電流(即，允許進行放電和充電兩者)?？傮w而言，該化學(xué)EMF是每個電極的還原電位之間的差異。在鋰離子電池中，在陽極和陰極處的還原電位是相對于一種參比電極來測量的，并且該電池的還原電位(通過參照陰極來表示)是這2個值之間的差異。因此，電池的還原電位對于LiCoO2為約3. 7V，對于LiMnO2為約4. 0V，對于LiFePO4為約3. 3V，并且對于Li2FePO4F為約3. 6V。EMF還可以稱作放電電壓。疏質(zhì)子電解質(zhì)，例如基于像碳酸亞乙酯或碳酸亞丙酯的化合物以及它們的混合物的那些，經(jīng)常被用作電解質(zhì)。然而，這些化合物的沸點和閃點低、電化學(xué)性不穩(wěn)定(即，它們在電極處降級/分解，這抑制了電流)，并且它們可能是有毒的。此外，這些電解質(zhì)通常需要用腐蝕性的鋰鹽進行摻雜，如用六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)以及高氯酸鋰(LiClO4)0已知這些鋰鹽摻雜劑會在微量水的存在下降級，形成氫氟酸(HF)或鹽酸(HCl)。離子液體(IL)具有充當用于電化學(xué)裝置的溶劑和電解質(zhì)二者的能力。IL是在所關(guān)注的溫度下被熔化的鹽組合物(即，多個陽離子和多個陰離子的混合物)。因此，室溫離子液體(RTIL)是在室溫下被熔化的鹽組合物。如在此使用的室溫用以包括普遍經(jīng)歷的環(huán)境溫度而不是科學(xué)定義的范圍。例如，將室溫用作從約0° C至約100° C的溫度范圍。RTIL已經(jīng)被用作電化學(xué)電池(例如電池)、電容器、光化學(xué)電池、電鍍、電解精煉、催化以及合成中的電解質(zhì)。為了更好地解釋本發(fā)明，下面討論鋰離子電池中的操作。在鋰離子電池中，Li+從正電極移動到負陽極。然而，達到高EMF(高于約3V)取決于帶電物質(zhì)在電極之間的移動，而這種移動又取決于電解質(zhì)的特性。具體地說，電解質(zhì)的特性必須使得以下問題被避免(I)在負陽極處一個固體電解質(zhì)界面(SEI)層的產(chǎn)生，該層對于Li+是不可滲透的；以及(2)通過負離子簇集在正Li+離子周圍導(dǎo)致對Li+穿過該電解質(zhì)從正陰極遷移到負陽極的抑制。關(guān)于(I)，盡管關(guān)于SEI知曉或了解得很少，但認為當電解質(zhì)電化學(xué)性不穩(wěn)定并且在電極處不適宜地降級時會出現(xiàn)。因此，SEI在裝置的初始循環(huán)過程中經(jīng)由電解質(zhì)和/或添加劑的分解產(chǎn)物而在電池的電極上形成。使該SEI穩(wěn)定化是用來保護大量電解質(zhì)免于進一步分解。通過控制此層的組成、厚度以及均勻性，電池的若干特性可以得到改善，包括電池內(nèi)阻降低，這又減少了自放電；以及電池循環(huán)效率的改善。其他人曾試圖使SEI穩(wěn)定，例如通過添加一種適當?shù)匿圎}、或其他添加劑如碳酸亞乙烯酯，然而這些努力顯示出的成功有限，因為持續(xù)的循環(huán)電化學(xué)地消耗了添加劑。添加鋰鹽帶來的另一個問題是，它顯著改變了電解質(zhì)的一些物理特性，包括增加了粘度以及降低了離子導(dǎo)電率，這主要是由于離子與離子的強相互作用。這些強的相互作用，尤其是在Li+與IL電解質(zhì)的一種或多種陰離子之間的相互作用，可以將鋰“結(jié)合”到多個帶電團簇中。這些團簇是帶負電的(因為陰離子占 優(yōu)勢)并且因此在充電和放電情況下均會想要在與我們希望其遷移(Li+)的方向相反的方向遷移(Li+)。這導(dǎo)致在大量電解質(zhì)中低的Li+擴散率以及低的遷移數(shù)(tu+)。關(guān)于(2)，當Li+被多個電解質(zhì)陰離子包圍并且因此獲得凈負電荷(并且因此不易于朝向負陽極遷移)時，遷移可能受到抑制。如在此所使用的，術(shù)語鋰電池意欲涵蓋鋰金屬和鋰離子電池兩者。因此，本發(fā)明是針對于克服電解質(zhì)的這些現(xiàn)存問題中的一個或這兩個。在本說明書中對任何現(xiàn)有技術(shù)的提及不是、并且不應(yīng)該被當做是一種認可或任何形式的建議這個現(xiàn)有技術(shù)形成了澳大利亞或其他任何管轄區(qū)內(nèi)的公知常識的一部分，或者這個現(xiàn)有技術(shù)可以合理地預(yù)計成是本領(lǐng)域技術(shù)人員將確定的、理解的以及認為相關(guān)的。發(fā)明概述在本發(fā)明的一個方面中提供了一種電解質(zhì)，當用于一種電池中時，該電解質(zhì)包括一個第一有機陽離子，該第一有機陽離子包括以下項、主要由以下項組成或由以下項組成一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該化合物具有(i)共享至少一個共同原子的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)具有(ii) 一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。該環(huán)狀化合物可包括連接在單一原子上的環(huán)(在此稱為螺環(huán))、在多個相鄰原子上稠合的環(huán)(在此稱為稠合環(huán))、或由不相鄰的原子連接的橋聯(lián)環(huán)(在此稱為橋頭環(huán))。該環(huán)狀化合物具有至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)(在此稱為二環(huán))或可以具有超過2個的環(huán)結(jié)構(gòu)；例如，3、4或5個環(huán)。在某些實施方案中，該第一有機陽離子與一個第一陰離子形成一種第一離子液體。在這些實施方案中，電解質(zhì)可包括以下項、主要由以下項組成或由以下項組成呈一種離子液體形式的該第一有機陽離子和一個第一陰離子。在某些實施方案中，該電解質(zhì)進一步包括一種第二離子液體，該第二離子液體具有一個第二有機陽離子和一個第二陰離子。在這些實施方案中，該第二有機陽離子的結(jié)構(gòu)不需要與在此描述的第一有機陽離子的結(jié)構(gòu)相同，并且反而可以是本領(lǐng)域已知的任何離子液體有機陽離子。該第二有機陽離子可以是本領(lǐng)域已知的任何一種，例如，咪唑鎗(例如，I-乙基-3-甲基咪唑鎗(EMI))、吡咯烷鎗或嗎啉鎗、或它們的衍生物。該第一和第二陰離子也可以是本領(lǐng)域已知的任何一種，例如，六氟磷酸根(PF6)、四氟硼酸根(BF4)、高氯酸根(C104)、二(氟磺?；?酰亞胺(FSI)或二(三氟甲烷磺?；?酰亞胺(TFSI)、或它們的衍生物。在這些實施方案中，第一有機陽離子可以被用作該第二離子液體的一種摻雜劑，或電解質(zhì)可包括以下各項、主要由以下各項組成或由以下各項組成第一離子液體和第二離子液體兩者。在這些實施方案中，該第一有機陽離子的量占總有機陽離子(例如第一有機陽離子和第二有機陽離子)的百分比可以是從約1%至約99%。該電池可以是一種堿金屬電池，如一種鋰電池(例如鋰金屬或鋰離子)，或是一種過渡金屬電池。優(yōu)選地，該電池是一種鋰金屬或鋰離子電池。更優(yōu)選地，該電池是一種鋰金屬電池。電解質(zhì)可進一步包括一種金屬鹽。優(yōu)選地，對于該電解質(zhì)在一種鋰電池中的應(yīng)用，該金屬鹽是包括Li陽離子的一種鋰鹽。第一有機陽離子的化學(xué)性質(zhì)是使得它被至少部分地吸引或被較弱地結(jié)合到鋰電池的Li陽離子上。也就是說，該第一有機陽離子使得它與鋰電池的Li陽離子配位或相互作用。這種相互作用的希望的程度將取決于應(yīng)用，但是將是引起以下各項之間必不可少的 平衡的程度(i)足夠強地相互作用，用以屏蔽Li陽離子或使Li陽離子不穩(wěn)定，使其免于與電解質(zhì)中的陰離子(例如該第一或第二陰離子)進行更強的相互作用，以及(ii)足夠弱地相互作用，用以使Li陽離子在電極處相互作用。因此，當使用的時候，該第一有機陽離子的該部分負電荷與Li陽離子配位或相互作用。優(yōu)選地，形式正電荷與部分負電荷被分開，這樣使得第一有機陽離子具有一個凈偶極子。例如，該形式正電荷可存在于一個環(huán)的與該部分負電荷相對的一部分上?；蛘撸撔问秸姾煽纱嬖谟谝粋€與該部分負電荷不同的環(huán)上。最優(yōu)選地是，該形式正電荷是存在于2個環(huán)之間的部分上或附近。也就是說，該形式正電荷可以是螺原子、或是一個稠合環(huán)中的多個連接原子之一。一個正官能團通過包括來自元素周期表第15族的一種第一元素來提供該形式正電荷。在某些實施方案中，該第一元素參與，或形成了第一有機陽離子中的4個共價鍵，這樣使得產(chǎn)生了一個形式正電荷。優(yōu)選地，該第一元素是N或P。一個正官能團可含有超過一種第一元素，這些元素可相同或不同。一個負官能團通過包括一種第二元素來提供該部分負電荷。優(yōu)選地，該第二元素參與、或形成了共價鍵合，這樣使得產(chǎn)生了一個部分負電荷。也就是說，該第二元素參與或形成了共價鍵合，這樣使得產(chǎn)生了一個孤電子對。例如，該第二元素可以是相對負電性的元素O、S、N或F。一個負官能團可含有超過一種第二元素，這些元素可相同或不同。在本發(fā)明的另一個方面中提供一種電池，包括至少一個陽極和至少一個陰極；以及用于該陽極與陰極之間的流體連通的一種電解質(zhì)；該電解質(zhì)包括一個第一有機陽離子，該第一有機陽離子包括以下項、主要由以下項組成或由以下項組成一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有共享至少一個共同原子的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。在本發(fā)明的另一個方面中提供了一種第一有機陽離子，該第一有機陽離子包括以下項、主要由以下項組成或由以下項組成一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有共享至少一個共同原子的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。在此方面的多個優(yōu)選實施方案中，該第一有機陽離子是如根據(jù)以上所說明的。在本發(fā)明的另一個方面中提供了一種離子液體，該離子液體包括一個有機陽離子，該有機陽離子包括以下項、主要由以下項組成或 由以下項組成一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有共享至少一個共同原子的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。在此方面的多個優(yōu)選實施方案中，第一有機陽離子是如根據(jù)以上所說明的。在本發(fā)明的另一個方面中提供了一種離子液體，該離子液體包括以下項、主要由以下項組成或由以下項組成一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有共享至少一個共同原子的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷，其中該離子液體是使得在電池中使用該離子液體引起一個適當SEI的形成。在此方面的多個優(yōu)選實施方案中，第一有機陽離子是如根據(jù)以上所說明的。該有機陽離子可被用作一種電池中的電解質(zhì)、或用作一種離子液體或基于碳酸鹽的溶劑電解質(zhì)的一種添加劑。如果該有機陽離子被用作添加劑，其濃度可以為0. I至
I.5mol/kg,優(yōu)選的濃度為 0. 25mol/kg。該離子液體可以使用該有機陽離子來制備、或可以是任何先前所述的離子液體，例如基于吡咯烷鎗或嗎啉鎗陽離子與TFSA、FSA、DCA、BF4或PF6陰離子的那些。該電解質(zhì)中鋰離子的濃度可以是在0. I至I. 5mol/kg的范圍內(nèi)，優(yōu)選的濃度為
0.5mol/kg。電池隔板可以是任何可商購的隔板。附圖簡要說明圖I :基于螺的化合物，其電化學(xué)性描述在圖2、3和4中。A是本發(fā)明的離子液體陽離子。B是一種離子液體陰離子。圖2 :示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一種能量儲存裝置。圖3 :不含鋰鹽的SMK TFSA離子液體的電化學(xué)窗口。在_1和0伏特下的氧化峰值是在還原分解過程中(所見負值超過-2V)形成的產(chǎn)物進行氧化的結(jié)果。它們與純凈的離子液體沒有關(guān)聯(lián)。已經(jīng)使用鉬作為反電極和工作電極二者，以及由斯諾克(Snook)等，電化學(xué)通訊(Electrochem Commun>2006中所描述的Ag | Ag+參比電極,掃描速率50mV. s'首先在還原下進行掃描。圖4 :在SMK TFSA 0. 4mol/kg LiTFSA中進行的鋰循環(huán)。注意到第一次掃描時無擊穿電流，直到-6V，并且在第二次掃描后電流表現(xiàn)變穩(wěn)定。Pt反電極與工作電極以及Ag I Ag參比電極，掃描速率50mV. s'首先在還原下進行掃描。圖5 :鋰的鋰循環(huán)含有SMK TFSA 0. 4mol/kg LiTFSA的鋰對稱電池，在0. 1mA. cnT2電流密度和85° C下。圖6 :在一種電解質(zhì)中進行的鋰循環(huán)，該電解質(zhì)是含I. OmoI/kg SMKTFSA 0. 5mol/kg Li TFSA的I-甲基-丙基-吡咯烷鎗(C3mpyr)TFSA。電流很小但幾乎沒有衰減。Pt反電極與工作電極以及Ag I Ag+參比電極，掃描速率50mV. s'首先在還原下進行掃描。圖7 :—種鋰金屬電池,包括LiFePO4陰極(2. 2mg. cm_2負載)、Separion隔板以及一種電解質(zhì)，該電解質(zhì)由具有0. 25mol/kg SMK TFSA和0. 5mol. kg^LiTFSA作為電解質(zhì)的C3mpyr TFSA 組成。在 50。C 下，電池在 0. 05mA. cnT2 (C/7. 5)下充電、并且在 0. 1mA. cnT2(C/3. 75)下放電。圖8 :一種鋰金屬電池,包括LiFePO4陰極(I. 5mg. cm_2負載)、Separion隔板以及電解質(zhì)，該電解質(zhì)由具有 0. 25mol/kg SMK TFSA 和 0. 5mol/kgLiTFSA 的 C3mpyr TFSA 組成。在80° C下，電池以C/10的速率充電并且以C/10的速率放電。圖9 :一種鋰金屬電池,包括LiFePO4陰極(I. 5mg. cm_2負載)、Separion隔板以及一種電解質(zhì)，該電解質(zhì)由具有 0. 25mol/kg SMK TFSA 和 0. 5mol/kg LiTFSA 的 C3mpyr TFSA組成。在115° C下，電池以C/10的速率充電并且以C/10的速率放電。

圖10 :多種鋰金屬電池,包括一個LiFePO4陰極(I. 5mg. cm 2負載)、一種電解質(zhì),該電解質(zhì)由具有 0. 25mol/kg SMK TFSA 和 0. 5mol/kgLiTFSA 的 C3mpyr TFSA 組成。在 80° C下，電池以C/10的速率充電并且以C/10的速率放電。第一個電池使用了一個S印arion隔板(空心圓圈)；第二個電池使用了一個PVdF隔板(實心三角形)，并且第三個電池使用了一 個聚(丙烯腈)(PAN)隔板(十字形)。圖11 :一種鋰金屬電池，包括一個LiFePO4陰極(I. 5mg. cm—2負載)、PVdF隔板以及一種電解質(zhì)，該電解質(zhì)由具有 0. 25mol/kg SMK TFSA 和 0. 5mol/kg LiTFSA 的 C3mpyr TFSA組成。在120° C下，電池以C/10的速率充電并且以C/10的速率放電。實施方案的詳細說明本發(fā)明的第一有機陽離子具有式I所給的一般結(jié)構(gòu)
O式 I
Cl)'典型地，環(huán)A和B是5元或6元環(huán)。然而，更小的和更大的環(huán)也可能適合應(yīng)用于鋰電池中，這可由技術(shù)人員決定。環(huán)A和/或環(huán)B包括一個正官能團，該正官能團包括一個原子(‘第一元素’)，該原子對該第一有機陽離子提供了一個形式正電荷。在某些實施方案中，Xl是這個對該第一有機陽離子提供了形式正電荷的第一元素。在這些實施方案中，可認為Xl是一個正官能團。例如，Xl可以是選自下組，該組由以下各項組成N、P、As、Sb或Bi。優(yōu)選地，Xl是N。}在其他實施方案中，該形式正電荷被提供在除Xl外的地方；以及一個負官能團，該負官能團包括一個或多個負電性的雜原子(‘第二元素’)，這些雜原子提供了對該第一有機陽離子提供了一個部分負電荷。例如，該雜原子可以選自O(shè)、N或S組成的組。在一種螺環(huán)化合物的Xl位置具有易被還原的季N的優(yōu)點是，這會更好地保護(在空間上)其不受由A和B環(huán)構(gòu)成的陰極表面的損害。這種保護會使該陽離子的還原穩(wěn)定性增強，這在深的負電位(如存在于鋰電池中那些)下特別重要。第一有機陽離子可包括超過一個的負官能團、或在該負官能團中超過一種的第二元素。該第二元素可以嚴格地是環(huán)A和/或B的一部分、或者可以是附加于環(huán)A和/或B上的。優(yōu)選地，該第一有機陽離子包括單一的正官能團或第一兀素。而且，優(yōu)選的是該第一元素是Xl以便保護該第一元素不輕易分解。環(huán)A和/或B可進一步包括多個選 自以下的基團內(nèi)酯、酰胺、酸酐、碳酸酯、羰基、硫酸酯、磺酸酯、磷酸酯或膦酸酯。環(huán)A和/或B可進一步被取代，優(yōu)選地被具有一個供電子官能團的基團取代。例如，環(huán)A和/或B可被醇鹽、硝基、氨基、酰胺、酯以及烯烴取代。環(huán)A和/或B還可被烷烴取代，例如，環(huán)A和/或B可被燒基(例如，甲基、乙基、丙基以及叔丁燒基)取代。這些燒基可具有從約I至約12個原子的直鏈長度。優(yōu)選地，這些烷基可具有從約I至約8個原子的直鏈長度。在某些實施方案中，Xl是連接環(huán)A和B的兩個或更多個原子。優(yōu)選地，Xl是2個原子。在這些實施方案中，環(huán)A與B可以是稠合或橋聯(lián)的，并且Xl可以是C、O、N以及B原子。這些碳原子可以經(jīng)由多個烷基OK或烯基鍵互相鍵合。典型地，在這些實施方案中，Xl不是這個對該第一有機陽離子提供形式正電荷的第一元素，該形式正電荷被提供在環(huán)A和/或B中除Xl外的地方。在一些另外的實施方案中，環(huán)A和B被附接到如以上討論的A或B類型的一個或多個另外的環(huán)上，如式2中所示式權(quán)利要求
1.一種用于電池的有機陽離子，包括一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有由共享至少一個共同原子的多個環(huán)形成的至少2個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀化合物具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。
2.如權(quán)利要求I所述的有機陽離子，其中該環(huán)狀化合物是選自下組，該組由以下各項組成連接在單一原子上的環(huán)(在此稱為螺環(huán))、在多個相鄰原子上稠合的環(huán)(在此稱為稠合環(huán))，以及通過多個不相鄰的原子連接的橋聯(lián)環(huán)(在此稱為橋頭環(huán))。
3.如權(quán)利要求I所述的有機陽離子，其中該形式正電荷以及該部分負電荷在該分子上被分開，這樣使得該第一有機陽離子具有一個凈偶極子。
4.如權(quán)利要求3所述的有機陽離子，其中該形式正電荷存在于一個環(huán)的與該部分負電荷相對的一個部分上。
5.如權(quán)利要求3所述的有機陽離子，其中該形式正電荷存在于一個與該部分負電荷不同的環(huán)上。
6.如權(quán)利要求3所述的有機陽離子，其中該形式正電荷存在于一個螺環(huán)的共享原子上、或一個稠合環(huán)中的多個連接原子之一上。
7.如權(quán)利要求3所述的有機陽離子，其中一個正官能團通過包括來自元素周期表第15族的一種第一元素來提供該形式正電荷，并且一個負官能團通過包括一種第二元素來提供該部分負電荷。
8.如權(quán)利要求7所述的有機陽離子，其中該第一元素參與或形成了該第一有機陽離子中的4個共價鍵，這樣使得產(chǎn)生了一個形式正電荷。
9.如權(quán)利要求8所述的有機陽離子，其中該第一元素是N或P。
10.如權(quán)利要求8所述的有機陽離子，其中該正官能團含有超過一種第一元素，這些元素是相同或不同的。
11.如權(quán)利要求7所述的有機陽離子，其中該第二元素是負電性的元素O、S、N或F。
12.如權(quán)利要求7所述的有機陽離子，其中該負官能團含有超過一種第二元素，這些元素是相同或不同的。
13.如權(quán)利要求I至12中任一項所述的有機陽離子，被用作一個電池中的電解質(zhì)、或用作一種離子液體或基于碳酸鹽的溶劑電解質(zhì)的一種添加劑。
14.如權(quán)利要求13所述的有機陽離子，以0.I至I. 5mol/kg的濃度被用作一種離子液體或基于碳酸鹽的溶劑電解質(zhì)的一種添加劑。
15.如權(quán)利要求13所述的有機陽離子，以0.25mol/kg的濃度被用作一種離子液體或基于碳酸鹽的溶劑電解質(zhì)的一種添加劑。
16.一種離子液體，包括 一個根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項所述的有機陽離子；以及 一個陰離子。
17.如權(quán)利要求16所述的離子液體，其中該有機陽離子是由以下結(jié)構(gòu)(I)表示O(A或是其衍生物。
18.如權(quán)利要求16或17所述的離子液體，其中該陰離子是選自下組，該組由以下各項組成四氟硼酸根(BF4)、二(氟磺?；?酰亞胺(FSA)以及二(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺(TFSA )、或它們的衍生物。
19.一種電解質(zhì)，包括一個第一有機陽離子，該第一有機陽離子是根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項所述的；以及一個第一陰離子。
20.如權(quán)利要求19所述的電解質(zhì)，進一步包括具有一個第二有機陽離子和一個第二陰離子的一種第二離子液體、以及一種基于碳酸鹽的溶劑中的至少一者。
21.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)，其中該第一有機陽離子的量占總有機陽離子的百分為從約1%至約99%。
22.如權(quán)利要求21所述的電解質(zhì)，其中該第一有機陽離子是該電解質(zhì)的一種添加劑。
23.如權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其中該第一有機陽離子是以0.I至I. 5mol/kg的濃度存在。
24.如權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其中該第一有機陽離子是以0.25mol/kg的濃度存在。
25.如權(quán)利要求19至24中任一項所述的電解質(zhì)，其中該有機陽離子是由以下結(jié)構(gòu)(I)表示
26.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)，其中該第二有機陽離子的結(jié)構(gòu)是選自下組，該組由以下各項組成咪唑鎗(例如I-乙基-3-甲基咪唑鎗(EMI))、吡咯烷鎗或嗎啉鎗、或它們的衍生物。
27.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)，其中該第一和第二陰離子是選自下組，該組由以下各項組成四氟硼酸根(BF4)、二(氟磺?；?酰亞胺(FSA)或二(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺(TFSA)、或它們的衍生物。
28.如權(quán)利要求20或25所述的電解質(zhì)，進一步包括一種金屬鹽。
29.如權(quán)利要求28所述的電解質(zhì)，應(yīng)用于一種鋰電池中，其中該金屬鹽是包括Li陽離子的一種鋰鹽。
30.如權(quán)利要求29所述的電解質(zhì)，其中該電解質(zhì)中鋰離子的濃度是在0.I至I. 5mol/kg的范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求29所述的電解質(zhì)，其中該電解質(zhì)中鋰離子的濃度是約0.5mol/kg。
32.一種電池，包括 至少一個陽極和至少一個陰極；以及 用于該陽極與陰極之間的流體連通的一種電解質(zhì)； 該電解質(zhì)包括一個如權(quán)利要求I至12所述的第一有機陽離子和一個陰離子。
33.如權(quán)利要求32所述的電池，進一步包括一個隔板。
34.如權(quán)利要求33所述的電池，進一步包括具有一個第二有機陽離子和一個第二陰離子的一種第二離子液體、以及一種基于碳酸鹽的溶劑中的至少一者。
35.如權(quán)利要求34所述的電池，其中該第一有機陽離子的量占總有機陽離子的百分比為從約1%至約99%。
36.如權(quán)利要求35所述的電池，其中該第一有機陽離子是該電解質(zhì)的一種添加劑。
37.如權(quán)利要求36所述的電池,其中該第一有機陽離子是以0.I至I. 5mol/kg的濃度存在。
38.如權(quán)利要求36所述的電池，其中該第一有機陽離子是以0.25mol/kg的濃度存在。
39.如權(quán)利要求34所述的電池，其中該第二有機陽離子的結(jié)構(gòu)是選自下組，該組由以下各項組成咪唑鎗(例如I-乙基-3-甲基咪唑鎗(EMI))、吡咯烷鎗或嗎啉鎗、或它們的衍生物。
40.如權(quán)利要求34所述的電池，其中該第一和第二陰離子是選自下組，該組由以下各項組成四氟硼酸根(BF4)、二(氟磺?；?酰亞胺(FSA)或二(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺(TFSA )、或它們的衍生物。
41.如權(quán)利要求32或33所述的電池，進一步包括一種金屬鹽。
42.如權(quán)利要求41所述的電池，其中該金屬鹽是包括Li陽離子的一種鋰鹽。
43.如權(quán)利要求42所述的電池，其中該電解質(zhì)中鋰離子的濃度是在0.I至1.5mol/kg的范圍內(nèi)。
44.如權(quán)利要求42所述的電池，其中該電解質(zhì)中鋰離子的濃度范圍是約0.5mol/kg。
45.一種離子液體，包括 有機陽離子，是由以下結(jié)構(gòu)(I)表示
46.如權(quán)利要求45所述的離子液體，其中該陰離子是選自下組，該組由以下各項組成四氟硼酸根(BF4)、二(氟磺?；?酰亞胺(FSA)以及二(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺(TFSA)、或它們的衍生物。
47.如權(quán)利要求45所述的離子液體，其中該陰離子是二(三氟甲烷磺?；?酰亞胺(TFSA)或其衍生物。
全文摘要
一種用于電池的有機陽離子，包括一種含有雜原子的環(huán)狀化合物，該環(huán)狀化合物具有由共享至少一個共同的原子的環(huán)形成的至少(2)個環(huán)結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀化合物具有一個至少為+1的形式正電荷以及一個部分負電荷。
文檔編號C07D498/10GK102971902SQ201180013903
公開日2013年3月13日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者喬治·漢密爾頓·萊恩, 亞當·塞繆爾·貝斯特, 安納德·I·巴特, 尤蘇夫·謝奇比, 布羅尼婭·R·克萊爾 申請人:聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織, 蒙納什大學(xué)