[发明专利]氟取代的环状碳酸酯以及含有该氟取代环状碳酸酯的电解液和电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟取代的环状碳酸酯以及含有该氟取代环状碳酸酯的一种电解液和一种电池。

背景技术

碳酸酯是碳酸的二酯，表示为R-O-CO-O-R′(其中R和R′各自为烷基)，一般公知的是链状碳酸酯化合物如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或类似物，以及环状碳酸酯化合物如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或类似物。这些碳酸酯化合物用作医药化学、农业化学等领域的专用溶剂；用作染料、植物保护剂、合成树脂等的原材料或中间产品；用作农业化学品或药剂(见日本专利申请公开昭54-125617和昭54-63023)。

这些碳酸酯化合物中，环状碳酸酯化合物如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯具有优异的溶剂性，这种优异的溶剂性在于它们充分溶解各种有机物和无机物，是化学及物理稳定的，并具有高介电常数。因此它们有高的工业应用价值，并且众所周知，它们不仅可用于有机溶剂，而且可用于药物、丙烯酸纤维处理剂、聚合物溶剂、有机中间产品、非水性电池的电解液、电容器的电解液以及电化学反应的溶剂(见日本专利申请公开昭61-64082和平1-292753)。

一些卤素取代的环状碳酸酯化合物被称为环状碳酸酯衍生物。如氯代环状碳酸酯，已知的例如氯代碳酸亚乙酯(见有机化学杂志，39，38(1974)和美国专利367795的说明书)、2，3-二氯代碳酸亚丁酯(见Chem.Pharm.Bull.，36，394(1998)和日本专利申请公开平2-111767)、氯甲基碳酸亚乙酯(见美国专利4,332,729的说明书)以及三氯甲基碳酸亚乙酯(见Chem.Pharm.Bull.，23，3017(1975))。这些氯原子取代的环状碳酸酯的溶剂性是未知的。

同时，含氟碳酸酯化合物不很常见，作为含氟链状碳酸酯的这类化合物已有所记载，如用二氟代碳酸乙酯作为合成树脂的原材料(见美国专利969,683的说明书)，用双六氟代碳酸丙酯和乙基六氟代碳酸丙酯作为农药(见美国专利3,359,296的说明书)，以及用双全氟代碳酸苯酯(见美国专利768,179)和甲基-2，2，2-三氟代碳酸乙酯(见日本专利申请公开平6-219992)作为防燃剂。

已知的氟原子取代的环状碳酸酯的例子很少，尤其是通过将氟原子引入甲基碳酸亚乙酯的甲基中而得到的化合物是完全未知的。

如上所述，尽管已知的环状碳酸酯具有优异的溶剂性从而使之能充分溶解有机物和无机物、具有化学和物理稳定性并具有高介电常数，但仍在溶剂性方面存在以下问题。例如，虽然碳酸亚乙酯具有低分子量，却具有高达38℃的凝固温度，而且在室温时是固态的。因此当其作为溶剂时，必须通过加热而液化，而且，其作为溶剂的温度范围很窄。碳酸亚丙酯广泛用作电池的非水性电解质溶剂。然而，当用其作为以石墨为负极材料的锂离子电池的溶剂，或用其作为以锂或含锂合金为负极材料的电池的溶剂时，遇到碳酸亚丙酯与负极材料反应从而缩短了电池的寿命问题。

迄今为止，使用水性电解液的镍-镉电池、铅电池等被广泛用作普通充电电池。然而，近些年来新型手提式电子装置如camcorders、手提电话、笔记本电脑等相继问世，就此而论，作为便携式电源的充电电池需要进一步提高其能量通量从而减小这些电子装置的尺寸和重量。因此，上述镍-镉电池和铅电池变得不令人满意了。此外，从地球环境保护方面看，镉和铅不是优选的，而且在一些国家中其应用开始受到法律约束。在这种情况下，需要开发一种使用这些材料的代用品的充电电池。目前，用一种非水性电解液电池作为上述镍-镉电池和铅电池的代用品受到关注，这种非水性电解液电池使用通过将电解质溶解于非水性溶剂中而得到的非水性电解液。

由于采用了非水性电解液的电池，其电压和能量通量比采用水性电解液的电池高，因而开始用作民用电子装置的电源。非水性电解液使用了高介电常数溶剂(如碳酸亚丙酯、γ-丁内酯或四氢噻吩砜)与电解质(如六氟磷酸锂)的混合物。

然而，这些基于非水溶液的电池其电解液的电导率值比基于水溶液的电池的电解液电导率值低1-2位数，这是电池内电阻升高的因素之一。此外，含有低耐电压性非水溶剂的非水性电解液的缺点是使应用了这种电解液的电池的充放电效率变低，并使其使用寿命变短。

为了提高非水性电解液的电导率，尝试过将环醚如1，3-二氧戊烷或四氢呋喃或者链醚如1，2-二甲氧基乙烷(DME)或二乙醚加到环状碳酸酯如碳酸亚丙酯中(见“Denkikagaku(电化学)”，53，No.3，173(1985))。