[发明专利]包含磷的改性离子液体

说明书

本公开涉及磷改性的离子液体化合物，该化合物的合成以及包含磷改性的离子液体化合物的电化学电池电解质。

交叉引用

本申请要求于2016年4月1日提交的美国临时专利申请序列No.62/317,025的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及离子液体，其阳离子包括磷部分(moiety)，以及包含该离子液体的用于电化学电池的电解质。

背景技术

室温离子液体(IL)的合成和电化学分析的近期进展已经建立了这种独特类型的材料作为用于下一代锂离子电池的电解质的前景。IL是熔点低于100℃的有机盐，且通常由大体积阳离子和无机阴离子组成。大的阳离子尺寸允许电荷的离域和屏蔽，导致晶格能量降低，并从而降低熔点或玻璃化转变温度。IL具有独特的物理化学性质，诸如可忽略的蒸汽压、不易燃性、优良的室温离子导电性、宽的电化学窗口和良好的化学稳定性及热稳定性。这些性质对于提供用于锂电池的基于IL的电解质是理想的。

然而，仍然存在安全性挑战，诸如锂离子电池在滥用条件或甚至正常条件下的易燃性。Narang等人的美国专利No.5,830,600教导了使用包含基于磷酸酯的非水性溶剂的阻燃电解质组合物，但没有提到使用离子液体。因此，需要在锂离子电池中加入具有阻燃性能的新型离子液体。

发明内容

本公开涉及离子液体，包括阴离子和阳离子，其中阳离子具有至少一种磷部分。

根据本公开的一个方面，提供了在电存储装置中使用的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和包含至少一种磷部分的离子液体化合物。

根据本公开的另一方面，提供了电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和包含至少一种磷部分的离子液体化合物，其中有机溶剂是开链或环状碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、亚砜、酮、内酯、二氧戊环类、二醇醚、冠醚、硅氧烷、磷酸酯类、磷酸盐(酯)、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈或其混合物。

根据本公开的另一方面，提供了电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和包含至少一种磷部分的离子液体化合物，其中碱金属盐的阳离子是锂、钠、铝或镁。

根据本公开的另一方面，提供了电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和包含至少一种磷部分的离子液体化合物，其中该添加剂包含含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、含有至少一种不饱和碳-碳键的化合物、羧酸酐或其混合物。

在阅读以下具体实施方式和所附权利要求之后，本公开的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1示出了磷酸二丁酯和季铵化磷酸二丁酯-乙基吡咯烷之间的热重比较；

图2是根据本公开的包含离子液体电解质的电池的放电曲线图；和

图3是根据本公开的包含离子液体电解质的电池的充电和放电曲线图。

具体实施方式

本公开涉及离子液体化合物，包括至少一种阳离子和至少一种阴离子，其中至少一种阳离子与至少一种磷部分离子共价键合。

在实施方式中，电能存储装置电解质包括a)非质子有机溶剂系统；b)碱金属盐；c)添加剂；和d)离子液体化合物，包括至少一种阳离子和至少一种阴离子，其中至少一种阳离子与至少一种磷部分共价键合。

在实施方式中，离子液体化合物包括阴离子；和根据如下化学式连接到磷部分上的阳离子：