腈-取代的硅烷和電解質(zhì)組合物和包含它們的電化學(xué)裝置的制造方法
【專利說明】腈-取代的硅烷和電解質(zhì)組合物和包含它們的電化學(xué)裝置
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參照 本文要求2013年6月4日提交的臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)61/830, 851的優(yōu)先權(quán)，其通過引用 結(jié)合到本文中。
[0002] 背景 Li-離子電池中的液體電解質(zhì)通常包含在碳酸亞乙酯（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)的有機(jī)溶劑共混物中的鋰鹽，通 常為L(zhǎng)iPF6。不幸的是，1^?^在60°〇以上的這些碳酸酯溶劑中，以及在4. 3伏以上的充電 電壓下是不穩(wěn)定的。高于這些溫度或電壓的Li-離子電池的運(yùn)行導(dǎo)致電極材料和電池性能 的快速退化。此外，目前的Li-離子電解質(zhì)溶劑表現(xiàn)出大約35°C的閃點(diǎn)，并且是在極端的 Li-離子電池失效過程中釋放的能量的主要來源。鑒于這些重要的限制，目前的電解質(zhì)正阻 礙供所有應(yīng)用，包括便攜式產(chǎn)品、電動(dòng)汽車（EDV)和公用事業(yè)規(guī)模的使用的先進(jìn)Li-離子電 池的開發(fā)。電池失效速率的急劇減少也需要大型Li-離子電池，以有效地服務(wù)于EDV和電 網(wǎng)存儲(chǔ)中的應(yīng)用。
[0003] 因此，在能量存儲(chǔ)設(shè)備例如Li-離子電池中，對(duì)改進(jìn)的電解質(zhì)溶液有一種長(zhǎng)期感 到的和未滿足的需求。
[0004] 發(fā)明概述 本文公開用作電化學(xué)裝置中的電解質(zhì)溶劑及其它應(yīng)用的有機(jī)硅（OS)化合物。
[0005] -般來說，OS化合物是環(huán)境友好、不易燃、耐高溫的材料。這些特點(diǎn)使得OS材料 很好地適合在能量存儲(chǔ)裝置中用作電解質(zhì)溶劑、粘合劑和涂料。OS-基電解質(zhì)是與所有的鋰 (Li)基電化學(xué)系統(tǒng)包括原電池和可再充電電池（即Li-離子、Li-空氣）和電容器（即超 級(jí)/超大-電容器）相容的。設(shè)計(jì)OS-基電解質(zhì)成為L(zhǎng)i電池的方法在電池設(shè)計(jì)中包括有 限的改變，并且這些電解質(zhì)可以與現(xiàn)有的制造工藝和設(shè)備一起納入生產(chǎn)運(yùn)行中。
[0006] 本文描述的OS化合物可用作替代在傳統(tǒng)的Li-離子電池中的碳酸酯基溶劑系統(tǒng) 的液體電解質(zhì)溶劑。OS-基溶劑提供Li-離子電池的性能和耐濫用性的顯著的改進(jìn)，包括 在高溫下壽命更長(zhǎng)的增加的熱穩(wěn)定性，為改善安全性而增加的電解質(zhì)閃點(diǎn)，增加的電壓穩(wěn) 定性以允許使用高電壓陰極材料并實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，與用于EDV和電網(wǎng)存儲(chǔ)應(yīng)用的大 型Li電池需求一致的減少的電池失效速率，和與在目前設(shè)計(jì)中易于采用的目前用于Li-離 子電池的材料相容。電雙層電容器（EDLC)裝置也已證明OS基電解質(zhì)的功能性。本文描述 的OS化合物可用于OS-基電解質(zhì)共混物，以滿足在工業(yè)、軍事和消費(fèi)者產(chǎn)品裝置中特殊應(yīng) 用的需要。
[0007] 所述化合物和電解質(zhì)制劑的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳細(xì)的描述和附圖中更充分地 顯現(xiàn)出來。
[0008] 本文公開式I或式II的化合物：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 式I或式II的化合物：
式II 其中R1、R2和R 3是相同的或不同的且獨(dú)立地選自C1-C6線性或支鏈烷基和鹵素； "間隔基"為不存在或選自C1-C6線性或支鏈亞烷基、亞烯基或亞炔基，條件是當(dāng)"間隔 基"不存在時(shí)，Y存在； Y為不存在或選自-(O-CH2-CH2) n-和
其中每個(gè)下標(biāo)"η"是相同的或不同的且是1-15的整數(shù)，和下標(biāo)"X"是1-15的整數(shù)；和 每個(gè)R4是相同的或不同的并選自氰基（-CN)、氰酸酯基（-0CN)、異氰酸酯基（-NC0)、硫 氰酸酯基（-SCN)和異硫氰酸酯基（-NCS)。
2. 權(quán)利要求1的化合物，其具有如在式I中所示的結(jié)構(gòu)：
式I。
3. 權(quán)利要求2的化合物，其中"間隔基"存在，和Y是-(O-CH2-CH2)n-。
4. 權(quán)利要求2的化合物，其中"間隔基"存在，和Y是
5. 權(quán)利要求2的化合物，其中"間隔基"為不存在，和Y是- (O-CH2-CH2)n-。
6. 權(quán)利要求1的化合物，其具有如在式II中所示的結(jié)構(gòu)：
式II。
7. 權(quán)利要求6的化合物，其中R1和R 3選自C i-C3烷基、氯和氟。
8. 權(quán)利要求6的化合物，其中R1和R 3是甲基。
9. 權(quán)利要求6的化合物，其中每個(gè)"η"獨(dú)立地是1-5。
10. 權(quán)利要求6的化合物，其中R4是氰基。
11. 權(quán)利要求1的化合物，其具有如在式ΠΙ中所示的結(jié)構(gòu)：
式 III。
12. 權(quán)利要求11的化合物，其中R1、R2和R3選自C1-C 3烷基、氯和氟。
13. 權(quán)利要求11的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個(gè)是鹵素。
14. 權(quán)利要求11的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個(gè)是鹵素。
15. 權(quán)利要求11的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
16. 權(quán)利要求11的化合物，其中R4是氰基。
17. 權(quán)利要求1的化合物，其具有如在式IV中所示的結(jié)構(gòu)： 式IV。
18. 權(quán)利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3選自C「C3烷基、氯和氟。
19. 權(quán)利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個(gè)是鹵素。
20. 權(quán)利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個(gè)是鹵素。
21. 權(quán)利要求17的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
22. 權(quán)利要求17的化合物，其中"X"是1-4。
23. 權(quán)利要求17的化合物，其中R4是氰基。
24. 權(quán)利要求1的化合物，其具有如在式V中所示的結(jié)構(gòu)： /
\ 式V。
25. 權(quán)利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3選自C「C3烷基、氯和氟。
26. 權(quán)利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個(gè)是鹵素。
27. 權(quán)利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個(gè)是鹵素。
28. 權(quán)利要求24的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
29. 權(quán)利要求24的化合物，其中"X"是1-4。
30. 權(quán)利要求24的化合物，其中R4是氰基。
31. -種電解質(zhì)組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權(quán)利要求1中所述的化合物。
32. -種電化學(xué)裝置，其包含如在權(quán)利要求31中所述的電解質(zhì)組合物。
33. -種電解質(zhì)組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權(quán)利要求6中所述的化合物。
34. -種電化學(xué)裝置，其包含如在權(quán)利要求33中所述的電解質(zhì)組合物。
35. -種電解質(zhì)組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權(quán)利要求11中所述的化合物。
36. -種電化學(xué)裝置，其包含如在權(quán)利要求35中所述的電解質(zhì)組合物。
37. -種電解質(zhì)組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權(quán)利要求17中所述的化合物。
38. -種電化學(xué)裝置，其包含如在權(quán)利要求37中所述的電解質(zhì)組合物。
39. -種電解質(zhì)組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權(quán)利要求24中所述的化合物。
40. -種電化學(xué)裝置，其包含如在權(quán)利要求39中所述的電解質(zhì)組合物。
【專利摘要】本文描述了液態(tài)、有機(jī)硅化合物，其包含為氰基(-CN)、氰酸酯基(-OCN)、異氰酸酯基(-NCO)、硫氰酸酯基(-SCN)或異硫氰酸酯基(-NCS)的取代基。有機(jī)硅化合物可用于電解質(zhì)組合物并可用于任何通常使用電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。
【IPC分類】C07F7-10
【公開號(hào)】CN104837850
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480003489
【發(fā)明人】J.A.佩納韋索, D.奧斯馬洛夫, 董劍, M.尤斯里, M.波利納, R.韋斯特
【申請(qǐng)人】塞勒創(chuàng)尼克斯公司
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2014年6月4日
【公告號(hào)】US20140356735, WO2014197609A2, WO2014197609A3, WO2014197609A4