[发明专利]离子液体、包括该离子液体的电解质溶液和包括该离子液体的储能装置

说明书

优先权

本申请要求于2011年10月5日提交的美国专利No.13/253,707的优先权，其题目为“Ionic Liquids,Electrolyte Solutions Including the Ionic Liquids,and Energy Storage Devices Including the Ionic Liquids(离子液体、包括该离子液体的电解质溶液和包括该离子液体的储能装置)”。

关于联邦资助研究或开发的声明

研究或开发

本发明是在美国能源部第DE-AC07-05ID14517号合同经费的资助下进行的。政府对本发明拥有某些权利。

技术领域

在各种实施方式中，本发明总体涉及离子液体。具体来说，在各种实施方式中，本发明涉及基于磷腈的离子液体、包括所述离子液体的电解质溶液和包括所述离子液体的储能装置。

背景

离子液体是液体状态的盐。通常离子液体也称为液体电解质、离子熔体、离子流体、熔融盐、液体盐或者离子玻璃。因为离子液体的所需性质例如无蒸汽压、高耐热性和宽液体温度范围、不可燃性、化学稳定性、高离子电导率、高分解和可在空气中加工，把它们用作溶解或电解质。

如在文献“Phosphazene-Based Ionic Liquids:Synthesis,Temperature-Dependent Viscosity,and Effect as Additives in Water Lubrication of Silicon Nitride Ceramics(基于磷腈的离子液体：合成、温度依赖的粘度和在氮化硅陶瓷的水润滑中作为添加剂的影响)”奥莫托瓦(Omotowa)等,Inorg.Chem.(无机化学)43:5466-5471(2004)所述，已经研究了将基于磷腈的离子液体用作航空燃气涡轮发动机的润滑剂，和用作氮化硅陶瓷水润滑中的添加剂。

还提出了将基于磷腈的离子液体用于电解质溶液。美国专利No.7,718,826和7,951,495描述了基于磷腈的离子液体，其中一或更多季铵氮原子直接与磷腈化合物的磷原子连接。因此，离子液体包括在季铵氮原子处定域的电荷。基于磷腈的离子液体的具体示例包括直接的磷－氟键，在电池电压条件下它是易分解和不稳定的。释放的游离氟是活泼的反应物，并对电池性能有害。

锂离子电池中使用的电解质溶液在高温和高电压下通常是不稳定的。随着时间的推移，电解质溶液在高温下变成焦油状材料，这阻碍了锂离子电池在在汽车应用如混合电动车(HEV)和插拔式混合电动车(PHEV)中的快速部署。需要改善的电解质溶液来推进锂离子电池的实用性。

发明内容

本发明的一种实施方式包括离子液体，所述离子液体包括磷腈化合物，该磷腈化合物包括多个磷氮单元和连接至所述多个磷氮单元各磷原子的至少一种侧基。所述至少一种侧基的一种侧基包括带正电荷的侧基。

本发明的另一种实施方式包括离子液体，所述离子液体包括磷腈化合物，该磷腈化合物包括多个磷氮单元和连接至所述多个磷氮单元各磷原子的至少一种侧基。所述磷氮单元之一的氮原子是带正电荷的。

本发明的又一种实施方式包括离子液体，所述离子液体包括磷腈化合物，该磷腈化合物包括多个磷氮单元和连接至所述多个磷氮单元各磷原子的至少一种侧基。所述磷氮单元之一的磷原子是带正电荷的。

本发明的另一实施方式包括电解质溶液，所述电解质溶液包括溶剂和离子磷腈化合物。所述离子磷腈化合物包括多个磷氮单元，且所述磷腈化合物包括连接至所述多个磷氮单元的至少一个磷原子的带正电荷的侧基、所述多个磷氮单元之一的带正电荷的氮原子、或者所述多个磷氮单元之一的带正电荷的磷原子。

本发明的另一实施方式包括储能装置，所述储能装置包括正极电极、负极电极、在该正极电极和负极电极之间的隔膜和电解质溶液。电解质溶液如上所述。

附图简述

图1是根据本发明的一种实施方式的磷腈离子液体的一般化学结构；

图2A-2D是根据本发明的实施方式的磷腈离子液体的一般化学结构；

图3示意性地显示了根据本发明的实施方式的包括磷腈离子液体的储能装置的横截面视图；

图4显示了合成根据本发明的一种实施方式的磷腈离子液体的非离子化前体化合物；

图5显示了合成根据本发明的一种实施方式的磷腈离子液体的另一种非离子化前体化合物；

图6显示了合成根据本发明的实施方式的磷腈离子液体；