[发明专利]氟代烷基磷酸锂及其作为电解质盐的应用

说明书

本发明涉及氟代烷基磷酸锂、制备它们的方法以及它们在电池、电容器、超级电容器(supercapacitors)和电解池中作为电解质盐的用途。

近年来，便携式电器如膝上型及掌上型计算机、移动电话和摄像机的普及及由此引发的对大功率轻便式电池的需求在全球范围内显著增长。

鉴于这种对电池需求的猛增和由此伴生的生态问题，研制长寿命可充电电池的重要性正在稳定增加。

从二十世纪九十年代初期以来，锂离子可充电电池就已经可以从市场上购得。这些锂离子电池大多使用六氟磷酸锂作为电解质盐。然而，这种锂盐是一种对水解作用极其敏感并且热稳定性差的化合物，因此鉴于该盐的这种性质，相应的锂电池只能采用十分复杂并且由此也导致成本过高的方法生产。这种锂盐的敏感性还降低了这些锂电池的寿命和性能。并且还影响它们在极端条件(如高温)下的应用。

为此，人们一直在进行各种试验以获得具有改进性能的锂盐。例如，US4,505,997和US9,202,966中描述了双(三氟甲基磺酰基)氨化锂(lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)和三(三氟甲基磺酰基)甲基化锂盐在电池中作为电解质盐的用途。这两种盐均显示出高度阳极稳定性，并能与有机碳酸酯形成具有高电导率的溶液。然而，双(三氟甲基磺酰基)氨化锂的缺点是不能充分钝化在锂电池中用作阴极终端导线的铝金属。

另一方面，三(三氟甲基磺酰基)甲基化锂的生产与提纯成本非常昂贵，因而在电池中使用这种盐作为电解质盐将会大大增加这种锂电池的生产成本。

DE19641138教导使用优选具有全氟化或部分氟化乙基和异丙基基团作为配体的氟磷酸锂。尽管这些锂盐的热稳定性和耐水解性显著高于六氟磷酸锂，但在痕量水存在下它们仍可以在数天内发生水解，因而当使用这些电解质盐时，同样会降低基于这些盐的电池的性能与寿命。

因此，本发明的目的是提供长时间内不显示或仅显示出非常轻微水解现象的电解质盐。本发明的进一步目的是延长或改善电池、电容器、超级电容器及电解池的使用寿命和性能。

令人惊奇的是，本发明的这种目的可通过提供通式(Ⅰ)的氟代烷基磷酸锂实现：

                 Li⁺[PF_x(C_yF_2y+1-zH_z)_6-x]^-

                                                       (Ⅰ)其中：1≤x≤53≤y≤8，和0≤z≤2y+1并且配位体(C_yF_2y+1-zH_z)可以相同或不同，但其中下述通式(Ⅰ′)化合物除外：

                 Li⁺[PF_a(CH_bF_c(CF₃)_d)_e]^-

                                                       (Ⅰ′)其中a为整数2-5,b=0或1,c=0或1,d=2，且e为整数1-4，条件是b和c不能同时为0以及a+e之和为6，并且配位体(CH_bF_c(CF₃)_d)可以相同或不同。

优选其中1≤x≤5,3≤y≤8且z=0的通式(Ⅰ)氟代烷基磷酸锂。

特别优选下述通式(Ⅰ)氟代烷基磷酸锂

              Li⁺[F_6-xP(CF₂-CF₂-CF₃)_x]^-和

              Li⁺[F_6-xP(CF₂-CF₂-CF₂-CF₃)_x]^-其中在每种情况下1≤x≤3。