[发明专利]用于电化学电池的烷基螺硼酸盐

说明书

本发明涉及螺硼酸盐的一种制备方法及其在电化学电池中的用途。

锂离子电池是移动应用方面的最有前途的体系之一。应用领域从高品质电子设备(例如移动电话、可携式摄像机)扩展到用于电驱动汽车的电池。

从九十年代早期起，已经可市购可再充电的锂电池。

这些电池由阴极、阳极、隔板和非水电解液组成。阴极一般为Li(MnMe_z)₂O₄、Li(CoMe_z)O₂、Li(CoNi_xMe_z)O₂或其它锂夹层和插入化合物。阳极可由锂金属、碳、石墨、石墨碳或其它锂夹层和插入化合物或合金化合物组成。电解液可为在非质子溶剂中含锂盐，如LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂或LiC(CF₃SO₂)₃及其混合物的溶液。

LiPF₆中，目前，对水解高度敏感和热不稳定性物质在许多锂离子电池中用作导电盐。与大气水分和/或溶剂的残余水接触时，立即形成氢氟酸HF。除了毒性，因为电极金属可能溶解出，所以HF对循环行为从而对锂电池的性能具有不利影响。

US4505997描述了亚氨基锂，US5273840描述了甲基锂(lithiummethanide)。两种盐均具有高阳极稳定性并在有机碳酸盐中形成高导电溶液。铝，锂离子电池中的阴极电荷消除器，至少通过亚氨基锂被钝化至不完全的程度。相反，甲基锂仅能以非常高的成本制备和纯化。此外，铝的电化学性质如氧化稳定性和钝化强烈依赖于甲烷化物的纯度。

描述了一种导电盐双[5-氟-2-羟连苯磺酸合(2-)O,O’]([5-fluoro-2-olatobenzenesulfonato(2-)O,O’])硼酸(1-)锂，由于其性质，被认为是用于锂离子电池的非常有前途的导电盐。但是，前体的高成本和复杂的合成是个问题。

在EP698301中描述了硼酸盐阴离子的阴离子螯合物。使用有机芳族二醇或芳族羟基酸作为配体，可观察到非常高的热稳定性和负电荷良好的离域作用。在电化学电池中用作标准的非质子溶剂中氧化稳定性或不充分导电性的缺乏，证明是不利的。已知的螺硼酸盐具有优化的导电性同时氧化稳定性不够或具有优化的氧化稳定性而导电性不够。

因此，本发明的目的是提供导电性改善并且电化学稳定的材料。

本发明的目的通过下列通式的硼酸盐而实现，其中：M为金属离子、四烷基铵离子、PR^aR^bR^cR^d、P(NR^aR^b)_kR^c_mR^d_4-k-m(其中k=l-4，m=0-3且k+m≤4)，C(NR^aR^b)(NR^cR^d)(NR^eR^f)、C(R^z)₃、鎓或含P、N、S或O的杂环，或含这些环的稠杂环体系，其中R^a～R^f为H、烷基或芳基(C₁-C₈)，其可被F、Cl或Br部分取代，R^z为芳环或取代芳环，x和y为1、2、3、4、5或6，R¹～R⁴可以为相同或不同的烷氧基或羧基(C₁-C₈)，其任选地通过单键或双键互相直接结合。

如果M^x+为符合通式[NR’R”R”’R””]的四烷基铵离子，基团R’～R””可相同或不同，任选通过单或双键互相直接结合，且具有含义C_nF_(2n+1)H_x，其中n=1-6,x=0-13。