腈-取代的硅烷和電解質組合物和包含它們的電化學裝置的制造方法
【專利說明】腈-取代的硅烷和電解質組合物和包含它們的電化學裝置
[0001] 相關申請的交叉參照 本文要求2013年6月4日提交的臨時申請系列號61/830, 851的優先權，其通過引用 結合到本文中。
[0002] 背景 Li-離子電池中的液體電解質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)的有機溶劑共混物中的鋰鹽，通 常為LiPF6。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 電壓下是不穩定的。高于這些溫度或電壓的Li-離子電池的運行導致電極材料和電池性能 的快速退化。此外，目前的Li-離子電解質溶劑表現出大約35°C的閃點，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，目前的電解質正阻 礙供所有應用，包括便攜式產品、電動汽車（EDV)和公用事業規模的使用的先進Li-離子電 池的開發。電池失效速率的急劇減少也需要大型Li-離子電池，以有效地服務于EDV和電 網存儲中的應用。
[0003] 因此，在能量存儲設備例如Li-離子電池中，對改進的電解質溶液有一種長期感 到的和未滿足的需求。
[0004] 發明概述 本文公開用作電化學裝置中的電解質溶劑及其它應用的有機硅（OS)化合物。
[0005] -般來說，OS化合物是環境友好、不易燃、耐高溫的材料。這些特點使得OS材料 很好地適合在能量存儲裝置中用作電解質溶劑、粘合劑和涂料。OS-基電解質是與所有的鋰 (Li)基電化學系統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/超大-電容器）相容的。設計OS-基電解質成為Li電池的方法在電池設計中包括有 限的改變，并且這些電解質可以與現有的制造工藝和設備一起納入生產運行中。
[0006] 本文描述的OS化合物可用作替代在傳統的Li-離子電池中的碳酸酯基溶劑系統 的液體電解質溶劑。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，包括 在高溫下壽命更長的增加的熱穩定性，為改善安全性而增加的電解質閃點，增加的電壓穩 定性以允許使用高電壓陰極材料并實現更高的能量密度，與用于EDV和電網存儲應用的大 型Li電池需求一致的減少的電池失效速率，和與在目前設計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基電解質的功能性。本文描述 的OS化合物可用于OS-基電解質共混物，以滿足在工業、軍事和消費者產品裝置中特殊應 用的需要。
[0007] 所述化合物和電解質制劑的目標和優點將從以下詳細的描述和附圖中更充分地 顯現出來。
[0008] 本文公開式I或式II的化合物：
【主權項】
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"間隔 基"不存在時，Y存在； Y為不存在或選自-(O-CH2-CH2) n-和
其中每個下標"η"是相同的或不同的且是1-15的整數，和下標"X"是1-15的整數；和 每個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. 權利要求1的化合物，其具有如在式I中所示的結構：
式I。
3. 權利要求2的化合物，其中"間隔基"存在，和Y是-(O-CH2-CH2)n-。
4. 權利要求2的化合物，其中"間隔基"存在，和Y是
5. 權利要求2的化合物，其中"間隔基"為不存在，和Y是- (O-CH2-CH2)n-。
6. 權利要求1的化合物，其具有如在式II中所示的結構：
式II。
7. 權利要求6的化合物，其中R1和R 3選自C i-C3烷基、氯和氟。
8. 權利要求6的化合物，其中R1和R 3是甲基。
9. 權利要求6的化合物，其中每個"η"獨立地是1-5。
10. 權利要求6的化合物，其中R4是氰基。
11. 權利要求1的化合物，其具有如在式ΠΙ中所示的結構：
式 III。
12. 權利要求11的化合物，其中R1、R2和R3選自C1-C 3烷基、氯和氟。
13. 權利要求11的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個是鹵素。
14. 權利要求11的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個是鹵素。
15. 權利要求11的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
16. 權利要求11的化合物，其中R4是氰基。
17. 權利要求1的化合物，其具有如在式IV中所示的結構： 式IV。
18. 權利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3選自C「C3烷基、氯和氟。
19. 權利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個是鹵素。
20. 權利要求17的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個是鹵素。
21. 權利要求17的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
22. 權利要求17的化合物，其中"X"是1-4。
23. 權利要求17的化合物，其中R4是氰基。
24. 權利要求1的化合物，其具有如在式V中所示的結構： /
\ 式V。
25. 權利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3選自C「C3烷基、氯和氟。
26. 權利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3的至少一個是鹵素。
27. 權利要求24的化合物，其中R1、R2和R 3的至少兩個是鹵素。
28. 權利要求24的化合物，其中"間隔基"是C2-C4線性或支鏈亞烷基。
29. 權利要求24的化合物，其中"X"是1-4。
30. 權利要求24的化合物，其中R4是氰基。
31. -種電解質組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權利要求1中所述的化合物。
32. -種電化學裝置，其包含如在權利要求31中所述的電解質組合物。
33. -種電解質組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權利要求6中所述的化合物。
34. -種電化學裝置，其包含如在權利要求33中所述的電解質組合物。
35. -種電解質組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權利要求11中所述的化合物。
36. -種電化學裝置，其包含如在權利要求35中所述的電解質組合物。
37. -種電解質組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權利要求17中所述的化合物。
38. -種電化學裝置，其包含如在權利要求37中所述的電解質組合物。
39. -種電解質組合物，其包含與含鋰鹽組合的、如在權利要求24中所述的化合物。
40. -種電化學裝置，其包含如在權利要求39中所述的電解質組合物。
【專利摘要】本文描述了液態、有機硅化合物，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。有機硅化合物可用于電解質組合物并可用于任何通常使用電解質的電化學裝置。
【IPC分類】C07F7-10
【公開號】CN104837850
【申請號】CN201480003489
【發明人】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
【申請人】塞勒創尼克斯公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年6月4日
【公告號】US20140356735, WO2014197609A2, WO2014197609A3, WO2014197609A4