[发明专利]电解质

说明书

技术领域

本发明涉及氟烷基磷酸盐和聚合物的混合物、制备该混合物的方法以及该混合物在电解质、电池、电容器、超级电容器和原电池中的用途。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备例如膝上电脑和手提电脑、移动电话或摄像机的普及，对质量轻且性能高的电池的需求在全世界已显著增加。

鉴于如此快速增长的电池需求和相关的环保问题，对具有长期使用寿命和高性能的可充电电池的开发变得日益重要。

更具体地说，电解质的质量对电池的使用寿命和性能有很大影响，所以一直以来就有许多改进电解质的尝试。

一般来说，公知的电解质体系分为液体电解质和固体电解质，固体电解质包括聚合物电解质和凝胶或混合电解质。

基于液体电解质的电池电池通常具有较好的离子电导率，但易于泄漏，导致液体释放，这对人体和环境有潜在的危害。另外，这种电池电池的生产受这些电池的可行尺寸和形状的限制。

聚合物电解质通常基于任选交联的聚合物和导电盐。但是，常用的聚合物电解质经常具有低的离子电导率，这不符合现代电池所需满足的高要求。

凝胶或混合电解质理解为是除任选交联的聚合物和导电盐之外还包括溶剂的电解质体系。这些聚合物通常在导电盐的存在下，在较高的温度下交联。所以，适宜的导电盐必须在溶液中具有较高的热稳定性，否则，它们可能发生分解，导致所得的凝胶电解质的离子电导率可能降低。

DE 196 41 138公开了具有优选全氟化或部分氟化的乙基和异丙基的氟代磷酸锂，及其作为导电盐在电池中的用途。其中已描述了这些盐作为导电盐在聚合物电解质中的用途。德国专利申请100 08 955描述了氟代烷基磷酸锂及其作为导电盐在电池、电容器、超级电容器和原电池中的用途。其中没有涉及基于这些盐的聚合物电解质。

发明内容

本发明的基本目的是提供电解质，该电解质除了具有高的离子电导率以外，还将具有高的热稳定性和电化学稳定性。

本发明的另一个目的是提高电池、电容器、超级电容器和原电池的使用寿命和性能。

惊奇地是，这些目的通过提供包括以下组分的混合物来完成

a)至少一种具有通式(I)的氟烷基磷酸盐

         Mⁿ⁺([PF_x(C_yF_2y+1-zH_z)_6-x]^-)_n    (I)

其中

Mⁿ⁺是单价、二价或三价阳离子，

1≤x≤5，

1≤y≤8，且

0≤z≤2y+1，n＝1、2或3，以及配体(C_yF_2y+1-zH_z)在每种情况下是相同或不同的，和

b)至少一种聚合物。

本发明中的混合物在意义上包括组分a)和b)的纯混合物，其中组分a)包括在组分b)聚合物中的混合物，以及其中在组分a)的盐和组分b)聚合物之间存在化学和/或物理键的混合物。

一般来说，包括至少一种导电盐和至少一种聚合物的相应混合物也称作聚合物电解质。

根据本发明的混合物还可以同时包括作为组分a)的两种或多种具有通式(I)的氟烷基磷酸盐和/或作为组分b)的两种或多种聚合物。优选本发明的混合物分别包括作为组分a)的具有通式(I)的氟烷基磷酸盐以及作为组分b)的聚合物，因为以此方式可以获得特别好的电化学性能的重现性。   根据本发明的混合物优选包括作为组分a)的具有通式(I)的氟烷基磷酸盐，其中Mⁿ⁺是锂阳离子、钠阳离子、钾阳离子、铷阳离子、铯阳离子、镁阳离子或铝阳离子。在特别优选的方式中，本发明的混合物包括其中Mⁿ⁺代表锂阳离子的那些盐作为组分a)。

相似地，根据本发明的混合物优选包括具有通式(I)的其中Mⁿ⁺代表有机阳离子的氟烷基磷酸盐。优选，该有机阳离子是亚硝酰基阳离子、硝基阳离子、鎓阳离子或具有通式[NR₄]⁺、[P(NR₂)_kR_4-k]⁺(其中0≤k≤4)、[C(NR₂)₃]⁺或[CR₃]⁺的阳离子，其中每个取代基R，相同或不同，代表