CN102918701B - 用于锂离子电池的聚醚官能化的氧化还原穿梭添加剂 - Google Patents

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Abstract

化学式I、II或III的化合物：其中，R1、R2、R3和R4独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基、聚醚基；或者R1和R2，或者R3和R4，或者R2和R3(在式II中)可结合在一起在苯环上形成稠环；X和Z独立地是式A的基团：其中，R5和R6和R7独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；R7是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；n是从1至8的整数；m是从1至13的整数。这种化合物用作在电化学电池、电池和电子装置使用的电解液中的氧化还原穿梭剂。

Description

用于锂离子电池的聚醚官能化的氧化还原穿梭添加剂
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年5月25日提交的、美国临时专利申请号为61/348,063的优先权，为了任何或全部的目的，将其通过参考的形式而全部并入本文。
政府利益
本发明根据能源部授予的合同号为No.W-31-109-ENG-38而得到政府的支持。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
本发明技术总体上涉及在非水电解液中携带的为锂离子电池、双层电容器和其它电化学装置提供内在的过充电保护的电解液氧化还原穿梭化合物。
背景技术
锂离子电池在1990年首次被商业化，不久之后由于其相比于当时的电池技术状态所具有的优势(如高能量密度和快速的充/放电)而得到了来自学术和工业上的极大关注。在最近几年，锂离子电池技术已经成为便携式电子器件的最普遍的电源。另外，锂离子电池在混合动力电动汽车(HEV)和插入式混合动力电动汽车(PHEV)中具有广泛的应用。但是锂离子电池的安全性一直困扰着这个技术。例如，二次锂离子电池众所周知的在电池的短路、骤升的工作温度和过充电方面存在问题，这些会导致危险的状况，例如过热、起火和电池的爆炸。
当电池的容量已经满了的时候，电流强行穿过电池则发生过充电。这是可能引起锂离子电池严重安全性问题的最普遍的因素之一。由于制造工艺的原因，在电池包中通常有一个“最弱电池”(即在多电池单元堆中充电能力最小的电池单元)。在充电期间，最弱的电池单元先于其它电池单元达到满额容量，但是因为电池的过电压不高，所以电池的满额容量单元不会触发充电器的电压控制器显示“满额”。最终，最弱电池单元被推入了过充状态。不是穿过电池包中的所有电极而均匀存储，而是在最弱的电池单元的阴极中聚集电量，并从而使得最弱电池单元阴极的电势增加，引起该电势超过电解质电化学窗口。接着，这将引起如电解质的氧化的发生，在它之前并且包括电池单元和电池组的爆炸。
众所周知的在实践中避免过充电弊端的方法，包括所使用电子装置连接于每一个独立的电池单元以控制过充电，在每一个电池单元中使用过充电保护化合物，以及在电化学单元的电解液中使用氧化还原穿梭剂(redox shuttle)。
众所周知有多种氧化还原反应穿梭剂化合物。通常，氧化还原反应穿梭剂分子能可逆地被氧化，并且在定义的电势稍微高于正电极的最后充电电势时被还原。这种机制能够通过锁定正电极的电势在穿梭剂分子的氧化电势而保护电池单元不被过充电。
理想的氧化还原反应穿梭剂化合物，至少具有三个期望的特性。第一个特性是对于所使用的阴极材料它应该具有合适的可逆的氧化电势。这意味着氧化还原反应穿梭剂的氧化电势应该高于阴极最后充电电势0.3V-0.5V之间。这将保证氧化还原反应穿梭剂仅仅接近过充电势。第二个特性是氧化还原反应穿梭剂应该是电化学稳定的或可逆的。氧化还原反应穿梭剂的稳定性和可逆性将决定提供多少的过充保护。第三个特性是氧化还原反应穿梭剂在电解液系统中具有足够的溶解度，以使得可获得有效量的氧化还原反应穿梭剂。
发明内容
一个方面，提供式I、II或III的化合物：
其中，R1、R2、R3和R4独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基、聚醚基；或者R1和R2，或者R3和R4，或者对于式II，R2和R3可结合在一起在苯环上形成稠环；X和Z独立地是式A的基团：
其中，R5和R6独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；R7是H、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；n是从1至8的整数；m是从1至13的整数。在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、烷基、卤代烷基、或者聚醚基。在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基或者具有2-20个碳原子的聚醚基。在一些实施方式中，R1和R4是相同的，且与R2和R3不同。在一些实施方式中，R1和R4单独地是烷基或者卤代烷基，R2和R3是氢。在一些实施方式中，R1和R4单独地是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或者叔丁基，且R2和R3是H。在一些实施方式中，n是1-3。在一些实施方式中m是1-6。
在一些实施方式中，R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I。在一些实施方式中，R5和R6是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。在一些实施方式中，R7是H或烷基。在一些实施方式中，R7是H或C1-C4烷基。在一些实施方式中，R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。在一些实施方式中，n是1或2。在一些实施方式中，n是2。在一些实施方式中，m是1、2、3或4。
在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基，或具有2到20个碳原子的聚醚基；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；和R7是H或烷基。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基，仲丁基或叔丁基，或具有2到20个碳原子的聚醚基团；R5和R6每一次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基；n是1或2。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4是相同的且不同于R2和R3；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；R7是H或烷基；n是1或2。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4独立地是烷基或卤代烷基；R2和R3是氢；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基；n是1或2。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4是叔丁基；R2和R3是H；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基或乙基；n是1或2。在这些实施方式中，m从1到10。在其他这些实施方式中，m是1到6。
在一些实施方式中，这种化合物是1-硝基-3-叔丁基-2，5-二-低聚(乙二醇)苯；1-氰基-3-叔丁基2，5-二-低聚(乙二醇)苯；1，4-二-叔丁基-2，3-二-低聚(乙二醇)苯；5-叔丁基-1，3-二硝基-2，4-二-低聚(乙二醇)苯；1-(苄基氧基)-4-溴-2，3-二-低聚(乙二醇)苯；1，3，5-三-叔丁基-2，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三甲基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-甲基1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-异丙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔戊基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-硝基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-氰基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二环己基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔戊基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二乙氧基苯；9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚甲基(methano)-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽；9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚乙基(ethano)-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽；1，4-二(2-甲氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；或1，4-二-(2-(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯。
在一些实施方式中，这种化合物是1，4-二(2-甲氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；或1，4-二(2-(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二叔丁基苯。
在另一个方面，所提供的电解液(electrolyte)包括碱金属盐；极性非质子溶剂；和氧化还原穿梭剂，其中氧化还原穿梭剂是上面一般的或具体地描述的化学式I、II或III的任何化合物，其中电解液(electrolyte solution)是基本上非水的。在一些实施方式中，在电解液中的氧化还原穿梭剂的氧化还原电势为从3-5V。在一些实施方式中，氧化还原穿梭剂在电解液中的量从0.0005重量％-50重量％。在一些实施方式中，氧化还原穿梭剂在电解液中的量从2重量％-10重量％。
在一些实施方式中，电解液(electrolyte)也包括电极稳定化合物，其可以被还原或聚合在负电极的表面以在负电极的表面形成钝化膜。在其它的实施方式中，电解液也包括如下的电极稳定化合物：其可被氧化或聚合在正电极表面上以在正电极的表面上形成钝化膜。在一些实施方式中，电极稳定化合物以0.001重量％-8重量％存在。
在一些实施方式中，所述碱金属盐不是Li[B(C2O4)2]或Li[BF2(C2O4)]，电解液进一步包含电极稳定化合物Li[B(C2O4)2]或Li[BF2(C2O4)]。在一些实施方式中，电极稳定化合物以0.001重量％-8重量％存在。
在另一个方面，提供包括阴极、阳极和电解液的电化学装置；所述电解液包括碱金属盐、极性非质子溶剂和如上面所描述的化学式I、II或III化合物的氧化还原穿梭剂，其中电解液(electrolyte solution)是基本上非水的。在一些实施方式中，该装置是锂二次电池；阴极是锂金属氧化物阴极；阳极是碳、锂金属阳极、或锂合金；阳极和阴极由多孔隔板彼此隔开。在一些实施方式中，阴极包括尖晶石、橄榄石、碳包覆的橄榄石(carbon-coatedolivine)、LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCOyMetzO2、LiMn0.5Ni0.5O2、LiMn0.3Co0.3Ni0.3O2、LiMn2O4、LiFeO2、LiMet0.5Mn1.5O4、Li1+x’NiαMnβCoγMet’δO2-z′Fz′、钠超离子导体(Nasicon)、An’B2(XO4)3、氧化钒、或它们的任何两种或更多种的混合物，其中Met是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Mn或Co；Met′是Mg、Zn、Al、Ga、B、Zr或Ti；A是Li、Ag、Cu、Na、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn；B是Ti、V、Cr、Fe和Zr；X是P、S、Si、W、Mo；0≤x≤0.3，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤m≤0.5和0≤n≤0.5；0≤x′≤0.4，0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1，0≤δ≤0.4，以及0≤z′≤0.4；以及0≤n′≤3。在一些实施方式中，阴极包括在阴极粒子上的金属氧化物表面涂层。在一些这样的实施方式中，金属氧化物包括ZrO2、TiO2、ZnO2、Al2O3、WO3、MgO、SiO2、SnO2AlPO4或Al(OH)3。在一些实施方式中，阳极包括石墨、无定形碳、Li4Ti5O12、锡合金、硅合金、金属间化合物或锂金属。
在另一个方面，所提供的电化学装置包括尖晶石、橄榄石或碳涂覆的橄榄石阴极；石墨或无定形碳阳极；以及包括碱金属盐Li[BF2(C2O4)]或Li[B(C2O4)2]的基本非水的电解液，极性非质子溶剂是乙酸乙酯、乙酸丙酯、碳酸亚乙基酯、碳酸亚丙基酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲醚、或γ-丁内酯；氧化还原穿梭剂，其为如上所描述的化学式I、II或III的任何化合物；电极稳定化合物，其为哒嗪、乙烯基哒嗪、喹啉、乙烯基喹啉、吡啶、乙烯基吡啶、吲哚、乙烯吲哚、三乙醇胺、1，3-二甲基丁二烯、丁二烯、乙烯基碳酸亚乙酯、碳酸乙烯基酯、咪唑、乙烯基咪唑、哌啶、乙烯基哌啶、嘧啶、乙烯基嘧啶、吡嗪、乙烯基吡嗪、异喹啉、乙烯基异喹啉；喹喔啉、乙烯喹喔啉、联苯、1-2-二苯醚、1-2-二苯基乙烷、邻-三联苯、N-甲基吡咯、萘、3，9-二乙烯基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-2，4，8-三氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-2，4-二氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4，8-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4-二氧杂螺[5.5]十一烷，3，9-二亚甲基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-1，5，7，11-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚甲基-1，5，7，111-四氧杂螺[5.5]十一烷或3，9-二亚乙基-1，5，7，11-四氧杂螺[5.5]十一烷。
在另一个方面，提供一种制备电解液的方法，包括结合碱金属盐、极性非质子溶剂和如上所述的化学式I、II或III的化合物的任何一种。
附图说明
图1是1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯(10mM)在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中使用三电极体系在不同的扫描率下的一系列循环伏安图。
图2是Li/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中含有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率下0小时-3100小时期间和100％过充时的一系列电压曲线图。
图3是Li/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率下0小时-3100小时期间和100％过充时的电容保持曲线图。
图4是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率下0小时-3100小时期间和100％过充时的一系列电压曲线图。
图5是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的电容保持曲线图。
图6是LTO/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的一系列电压曲线图。
图7是LTO/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.1M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/10的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的电容保持曲线图。
图8是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.2M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/5的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的一系列电压曲线图。
图9是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.2M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/5的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的电容保持曲线图。
图10是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.4M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/2的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的一系列电压曲线图。
图11是MCMB/LiFePO4电池，其在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)的溶液中有0.4M的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二-叔丁基苯，在C/2的充电率0小时-3100小时期间和100％过充时的电容保持曲线图。
具体实施方式
在一个方面，提供一种化合物，该化合物具有至少一个芳环，两个或两个以上的聚醚或聚环氧乙烷(PEO)基团通过氧结合到该芳环。这种化合物可以用于各种应用中。例如，在一些实施方式中，该化合物是氧化还原穿梭剂，其有能力为电化学电池提供过充保护，并在基于碳酸酯的电解液中有足够的溶解度以允许位于可接受水平的该化合物溶解。
根据一种实施方式，化合物具有化学式I、II或III：
在该化合物中，R1、R2、R3和R4独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基、聚醚基；或者R1和R2，或者R3和R4，或者对于式IIR2和R3可结合在一起以在苯环上形成稠环；X和Z独立地是式A的基团：
在式A的基团中，R5和R6独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；R7是H、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；n是从1至8的整数；m是从1至13的整数。此处所使用的，CR5R6可进行n次重复，并且在每一个独立的单元中，R5和R6如上所述进行独立地选择。在一些实施方式中，R5和R6是H。在其它实施方式中，R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I。在另外一些其它的实施方式中，R5和R6每一次出现独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。在一些实施方式中，R7是H或烷基。在其它实施方式中，R7是H或C1-C4烷基。在一些实施方式中，R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。在一些实施方式中，n是1-3。在一些实施方式中，m是从1至6。
在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、烷基、卤代烷基、或者聚醚基。在其它实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基或者具有2-20个碳原子的聚醚基。在一些实施方式中，R1和R4是相同的，且与R2和R3是不同的。在一些实施方式中，R1和R4独立地是烷基或者卤代烷基，R2和R3是氢。在一些实施方式中，R1和R4独立地是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或者叔丁基，且R2和R3是H。
在一些实施方式中，R1和R4是相同的，且与R2和R3是不同的。在一些实施方式中，R1和R4独立地是烷基或者卤代烷基，R2和R3是氢。在一些实施方式中，R1和R4独立地是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或者叔丁基，且R2和R3是H。
在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基，或具有2到20个碳原子的聚醚基；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；R7是H或烷基；n是1或2；m是1-8。在另一些其它实施方式中，这种化合物是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基，仲丁基或叔丁基，或具有2到20个碳原子的聚醚基团；R5和R6每一次出现独立地是H或甲基。R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。n是1或2；m是从1至8。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4是相同的且不同于R2和R3；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；R7是H或烷基；n是1或2，m是从1至8。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4独立地是烷基或卤代烷基；R2和R3是氢；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基；n是1或2，m是从1至8。在一些实施方式中，这种化合物是化学式I；R1和R4是叔丁基；R2和R3是H；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基或乙基；n是1或2；m是1-4。
在其他的实施方式中，这种化合物是一种被至少一个叔碳有机基团和至少一个聚醚基团取代的芳香族化合物。一些化合物可能包含两个、或者至少两个可以是相同或不同的叔碳有机基团。如果位于同一芳环(比如，苯环)上，叔碳有机基团之间彼此可能是邻位、间位、或对位。聚醚基团可以是如以上所提供的化学式A的基团。在一些实施方式中，聚醚基团具有1-13个环氧乙烷(-CH2CH2O-)单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-10个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有2-6个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-4个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-3个环氧乙烷单元。一些化合物可能包含两个或至少两个可以是相同或不同的聚醚基团。如果位于同一芳环上，聚醚基团之间彼此可能例如是邻位、间位或对位。
在一些实施方式中，如上所述，R1和R2，或R3和R4，或对于化学式II中的R2和R3可以共同结合在一起在苯环上形成稠环。这种化合物可包括1-3个与苯环稠合或者连接的芳香环。每个芳环例如可以是碳环。这种芳香环的实例包括苯、萘、蒽、联苯等。
这种化合物包括被取代的二-低聚(乙二醇)苯，例如，2-甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三甲基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-甲基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二乙基-1，4二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四乙基-1，4二-低聚(乙二醇)苯；4-乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-异丙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔戊基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-硝基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-氰基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二环己基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔戊基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二乙氧基苯；被取代的低聚(乙二醇)萘，例如，4，8-二-叔丁基-1，5-二-低聚(乙二醇)萘；多环化合物，例如，9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚甲基-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽；9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚乙基-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽。
根据一些实施方式，这种化合物是1，4-二(2-甲氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；或1，4-二-(2-(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯。
在另一个方面，上面的化合物作为氧化还原穿梭剂应用于电解液中。根据一种实施方式，氧化还原穿梭剂是如上所述的化学式I、II或III的化合物。在其他的实施方式中，氧化还原穿梭剂是如上所述的化学式I的化合物。这些化合物已经确定与基于碳酸酯的电解液具有良好的兼容性。这种采用作为氧化还原穿梭剂的化合物的电解液为锂离子电池提供过充保护。
根据一种实施方式，氧化还原穿梭剂具有化学式I、II或III：
在该氧化还原穿梭剂中，R1、R2、R3和R4独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基、或者聚醚基；或者R1和R2，或者R3和R4，或者对于式II中的R2和R3也可结合在一起在苯环上形成稠环；X和Z独立地是式A的基团：
在式A的基团中，R5和R6独立地是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；R7是H、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；n是从1至8的整数；m是从1至13的整数。此处所使用的，CR5R6可进行n次重复，并且在每一个独立地单元中，R5和R6从上述独立地选择。在一些实施方式中，R5和R6是H。在其它实施方式中，R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I。在另外一些其它的实施方式中，R5和R6每一次出现独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。在一些实施方式中，R7是H或烷基。在其它实施方式中，R7是H或C1-C4烷基。在一些实施方式中，R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。在一些实施方式中，n是1-2。一些实施例中，m是从1至4。
在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、烷基、卤代烷基、或者聚醚基。在其它实施方式中，R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基或者具有2-20个碳原子的聚醚基。在一些实施方式中，R1和R4是相同的，且与R2和R3是不同的。在一些实施方式中，R1和R4独立地是烷基或者卤代烷基，R2和R3是氢。在一些实施方式中，R1和R4独立地是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或者叔丁基，且R2和R3是H。
在一些实施方式中，R1和R4是相同的，且与R2和R3是不同的。在一些实施方式中，R1和R4独立地是烷基或者卤代烷基，R2和R3是氢。在一些实施方式中，R1和R4独立地是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或者叔丁基，且R2和R3是H。
在一些实施方式中，这种氧化还原穿梭剂是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、C1-C4烷基，C1-C4卤代烷基，或具有2到20个碳原子的聚醚基；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；R7是H或烷基；n是1或2；m是1-8。在另一些其它实施例中，这种氧化还原穿梭剂是化学式I；R1、R2、R3和R4独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基，或具有2到20个碳原子的聚醚基团；R5和R6每一次出现独立地是H或甲基。R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基，仲丁基或叔丁基；n是1或2；m是从1至8。在一些实施方式中，这种氧化还原穿梭剂是化学式I；R1和R4是相同的且不同于R2和R3；R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；R7是H或烷基；n是1或2，m是从1至8。在一些实施方式中，这种氧化还原穿梭剂是化学式I；R1和R4独立地是烷基或卤代烷基；R2和R3是氢；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基；n是1或2，m是从1至8。在一些实施方式中，这种氧化还原穿梭剂是化学式I；R1和R4是叔丁基；R2和R3是H；R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；R7是H、甲基或乙基；n是1或2；m是1-4。
在其他的实施方式中，这种氧化还原穿梭剂是被至少一个叔碳有机基团和至少一个聚醚基团取代的芳香族氧化还原穿梭剂。一些氧化还原穿梭剂可能包含两个、或者至少两个可以是相同或不同的叔碳有机基团。如果位于同一芳环(比如，苯环)上，叔碳有机基团彼此之间可能是邻位的、或间位的、或对位的。聚醚基团可以是如以上所提供的化学式A的基团。在一些实施方式中，聚醚基团具有1-13个环氧乙烷(-CH2CH2O-)单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-10个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基基团具有2-6个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-4个环氧乙烷单元。在其他的实施方式中，聚醚基团具有1-3个环氧乙烷单元。一些化合物可以包含两个或至少两个可以是相同或不同的聚醚基团。如果位于同一芳环上，聚醚基团之间彼此可以是例如邻位的、间位的或对位的。
在一些实施方式中，如上所述，R1和R2或R3和R4，或化学式II中的R2和R3可能结合在一起在苯环上形成稠环。这种氧化还原穿梭剂可包括1-3个稠合或连接到苯环的稠环。每个芳环例如可以是碳环。这种芳香环的实例包括苯、萘、蒽、联苯等。其它的取代基可存在于氧化还原穿梭剂的(一个或多个)芳香环上，或在(一个或多个)叔碳有机基团或(一个或多个)烷氧基团上，只要这样的取代基没有过度地干扰因素例如氧化还原穿梭剂的电荷输运能力、氧化电位或稳定性即可。
这种氧化还原穿梭剂包括被取代的二-低聚(乙二醇)苯，例如，2-甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三甲基-1，2二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4二-低聚(乙二醇)苯；4-甲基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四甲基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二乙基-1，4二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，6-二乙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，6-三乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，3，5，6-四乙基-1，4二-低聚(乙二醇)苯；4-乙基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-异丙基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，3-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔戊基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-硝基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-3，6-二-氰基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二-叔丁基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；2，5-二环己基-1，4-二-低聚(乙二醇)苯；4-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔戊基-1，2-二-低聚(乙二醇)苯；4，5-二-叔丁基-1，2-二乙氧基苯；被取代的低聚(乙二醇)萘，例如，4，8-二-叔丁基-1，5-二-低聚(乙二醇)萘；多环化合物，例如，9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚甲基-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽；9，10-二-低聚(乙二醇)-1，4:5，8-二亚乙基-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢蒽。
根据一些实施方式，这种氧化还原穿梭剂是1，4-二(2-甲氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯；1，4-二(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-四-丁基苯；或1，4-二(2-(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2，5-二-叔丁基苯。
氧化还原穿梭剂在通过正电极特性限定的电化学范围中操作，其在串联连接的电池中提供过放电保护。使用比正电极具有更大的不可逆转的第一循环容量损失的负电极，所以，如果电池进入反转，负电极的电势被驱动高于正电极的电势。在过放电期间，负电极的电势因此而增加。然而，氧化还原穿梭剂将负电极的电势限制到略高于正极最大正常操作电势的电势值，并防止负电极达到更高、更具有破坏性的电势。使用负电极集电器，它的锂合金电势是低于负电极最小正常操作电势。这可以防止集电器在锂离子电池再充电期间捕捉锂。由此产生的电池电化学限制或消除电池损伤(这种损伤是因为重复过放电而导致的)，即使负电极在弱电池中可能被驱动达到比正电极电势更高的电势也如此。
各种各样的氧化还原穿梭剂可用于锂离子电池中。合适的氧化还原穿梭剂具有高于(例如，略高于)正电极的最大正常操作电势的电化学电势。因此，根据一些实施方式，在电解液中的氧化还原穿梭剂，氧化还原电势为3.5V-5.0V。在其他实施例中，氧化还原穿梭剂的氧化还原电势为3.6V-4.6V。
氧化还原穿梭剂的选择可以部分由正极的选择而进行指导。作为一个通用数字指导，氧化还原穿梭剂的氧化还原电势可为在正电极的最大正常操作电势之上0.3V-0.6V，例如，在正极的最大正常操作电势之上(相对于Li/Li+)3.7V-4.7V，(相对于Li/Li+)3.7V-4.4V，(相对于Li/Li+)3.7V-4.2V，或(相对于Li/Li+)3.7V-4.0V。例如，LiFePO4正电极的再充电水平为相对于Li/Li+大约3.45V，与这样的电极一起使用的氧化还原穿梭剂的氧化还原电位为相对于Li/Li+3.75V-4.05V。同样，LiMnPO4和LiMn2O4电极的再充电水平为相对于Li/Li+大约4.1V，且使用该电极的氧化还原穿梭剂可能的氧化还原电位为相对于Li/Li+4.4V-4.7V。
也可使用相对于Li/Li+具有不同的电化学电位的两个或两个以上的氧化还原穿梭剂的混合物。例如，可在3.8V操作的第一氧化还原穿梭剂和可在3.9V操作的第二氧化还原穿梭剂可都被应用在单一的电池中。如果在许多充/放电循环后，第一个氧化还原穿梭剂劣化并失去效力，第二个氧化还原穿梭剂(在第一个氧化还原穿梭剂可操作期间，其不会同时被氧化形成它的自由基阳离子)可以接管并提供进一步的(尽管电势更高)安全因素来抵抗过充电或过放电损坏。
根据一些实施方式，除了氧化还原穿梭剂，电解液还包括极性非质子溶剂，和锂金属盐。电解液为基本上非水的。此处使用的，基本上非水意味着电解液不包含水，或者如果水存在，它只是痕量的存在。例如，当水以痕量存在时，存在的量不到20ppm。
各种溶剂可用在电解液中作为极性非质子溶剂。合适的极性非质子溶剂包括能够溶解足够量的锂盐和氧化还原穿梭剂的液体和凝胶，从而使得适量的电荷能够从正电极传输到负电极。该溶剂能够在很宽的温度范围内使用，例如从-30℃-70℃，而不冷冻或沸腾，并且在电池电极和氧化还原穿梭剂操作的电化学范围内是稳定的。合适的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二(三氟乙基)酯、碳酸二(五氟丙基)酯、碳酸三氟乙基甲基酯、碳酸五氟乙基甲基酯、碳酸七氟丙基甲基酯、碳酸全氟丁基甲基酯、碳酸三氟乙基乙基酯、碳酸五氟乙基乙基酯、碳酸七氟丙基乙基酯、碳酸全氟丁基乙基酯、氟化低聚物、二甲氧基乙烷、三甘醇二甲醚、碳酸二甲基亚乙烯基酯、三缩四乙二醇、二甲醚、聚乙二醇类、砜类、以及γ-丁内酯。
如上面指出的氧化还原穿梭剂在基于碳酸酯的电解液溶剂和凝胶中具有合适的溶解性。例如，氧化还原穿梭剂可在基于碳酸酯的电解液中制备，例如1.2M的LiPF6在EC/EMC3/7(即混合3份的碳酸亚乙酯和7份的碳酸乙基甲基酯)中的溶液，或1.2M的LiPF6在EC/EMC5/5(即按1∶1比例混合碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯)中的溶液。根据各种实施方式，制备的电解液中氧化还原穿梭剂的浓度可为0.005重量％-50重量％，或从0.1重量％-30重量％。在其它的实施方式中，制备的电解液中氧化还原穿梭剂的浓度可为2％-10％。
合适的锂盐可用于电解液中，包括但不限于，Li[B(C2O4)2、Li[BF2(C2O4)]、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiBr、LiPF6、Li[CF3SO3]、Li[(N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]、Li[B(C6F5)4]、Li[B(C6H5)4]、Li[N(SO2CF3)2]、Li[N(SO2CF2CF3)2]、LiN(SO2C2F5)2、Li[BF3C2F5]、Li[PF3(CF2CF3)3]和烷基氟磷酸锂。
在一些方面，电解液可包括其它的添加剂以提高电解液在电化学电池中使用时的性能。例如，电解液也可包括电解稳定化合物，以保护电极不发生退化。这样的电极稳定化合物在共同待决的美国专利申请号为10/857,365和11/279,120中所公开。这样的电极稳定化合物能被还原或聚合在负电极的表面，以在负电极的表面形成钝化膜。相似的，电解液包含的电极稳定化合物能被氧化或被聚合在正电极的表面，以在正电极的表面上形成钝化膜。在一些实施方式中，电极进一步包括两种类型的电极稳定化合物的混合物。该化合物典型存在的浓度从0.001重量％-8重量％。
在一些实施方式中，电极稳定化合物是一种取代或未被取代的直链、支链或环状的烃，包括至少一个氧原子和至少一个芳基、烯基或炔基。钝化膜可以是由取代的芳基化合物或者取代或未被取代的杂芳基化合物形成，其中该化合物包括至少一个氧原子。另外，可使用两种化合物的组合。在一些实施方式中，一化合物选择性地在阴极上形成钝化膜以防止金属离子的浸出，而另一化合物可选择性地在阳极表面形成钝化膜，以防止或者减少金属离子在阳极的还原。代表性的电极稳定化合物包括1，2-二乙烯基糠酸酯、1，3-丁二烯碳酸酯、1-乙烯氮杂环丁烷-2-酮、1-乙烯氮丙啶-2-酮、1-乙烯基哌啶-2-酮、1-乙烯基吡咯烷-2-酮、2，4-二乙烯基-1，3-二噁烷、2-氨基3-乙烯基环己酮、2-氨基-3-乙烯基环丙酮、2-氨基-4-乙烯基环丁酮、2-氨基-5-乙烯基环戊酮、2-芳基氧基-环丙酮、2-乙烯基-[1，2]氧杂氮杂环丁烷、2-乙烯基氨基环己醇、2-乙烯基氨基环丙酮、2-乙烯基氧杂环丁烷、2-乙烯基氧基-环丙酮、3-(N-乙烯基氨基)环己酮、3，5-二乙烯基糠酸酯，3-乙烯基氧杂环丁烷-2-酮、3-乙烯氮丙啶-2-酮、3-乙烯基环丁酮、3-乙烯基环戊酮、3-乙烯基氧杂氮杂环丙烷、3-乙烯基氧杂环丁烷、3-乙烯基吡咯烷-2-酮、4，4-二乙烯基-3-二噁烷-2-酮、4-乙烯基四氢吡喃、5-乙烯基哌啶-3-酮、烯丙基缩水甘油基醚、丁二烯-氧化物、丁基乙烯基醚，二氢吡喃-3-酮、碳酸二乙烯基丁基酯、碳酸二乙烯基酯、巴豆酸二乙烯基酯、二乙烯基醚、二乙烯基碳酸亚乙酯(vinyl ethylene carbonate)、二乙烯基硅酸亚乙酯、二乙烯基硫酸亚乙酯、二乙烯基亚硫酸亚乙酯、二乙烯甲氧基吡嗪、二乙烯磷酸甲基酯、二乙烯碳酸亚丙基酯、磷酸乙酯、甲氧基-o-三联苯、甲基磷酸酯、氧杂环丁烷-2-基-乙烯基胺、氧杂环丙烷基乙烯基胺、碳酸乙烯基酯、巴豆酸乙烯基酯、乙烯基环戊酮、乙烯基乙基-2-糠酸酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基硅酸亚乙基酯、乙烯基硫酸亚乙基酯、乙烯基亚硫酸亚乙基酯、乙烯基甲基丙烯酸酯、乙烯基磷酸酯、乙烯基-2-糠酸酯、乙烯基环丙酮、乙烯基氧化乙烯、β-乙烯基-γ-丁内酯、或它们任何两个或两个以上的混合物。在一些实施方式中，电极稳定化合物可能是环三磷腈，其被F、烷基氧基、烯基氧基、芳基氧基、甲氧基、烯丙氧基或其组合取代。例如，该化合物可以是(二乙烯基)-(甲氧基)(三氧)环三磷腈、(三乙烯基)(二氟)(甲氧基)环三磷腈(cyclotriphosphazene)、(乙烯基)(甲氧基)(四氟)环三磷腈、(芳基氧基)(四氟)(甲氧基)环三磷腈、(二芳基氧基)(三氟)(甲氧基)环三磷腈化合物、或两种或更多种这样化合物的混合物。在一些实施方式中，电极稳定化合物是乙烯基碳酸亚乙酯、碳酸乙烯基酯、或1，2-二苯醚、或任何两种或多种这样的化合物的混合物。
其他代表性的电极稳定化合物可以包括带有苯基、萘基、蒽基、吡咯基、噁唑基、呋喃基、吲哚基、咔唑基、咪唑基或硫苯基的化合物。例如，电极稳定化合物可以是芳基氧基吡咯、芳基氧基硫酸亚乙基酯、芳基氧基吡嗪、芳基氧基咔唑、三乙烯基磷酸酯、芳基氧基乙基-2-糠酸酯、芳基氧基-o-三联苯、芳基氧基哒嗪、丁基芳基氧基醚、二乙烯基二苯醚、(四氢呋喃-2-基)-乙烯基胺、二乙烯基甲氧基联吡啶、甲氧基-4-乙烯联苯、乙烯基甲氧基咔唑、乙烯基甲氧基哌啶、乙烯基甲氧基吡嗪、乙烯基甲基碳酸酯-烯丙基苯甲醚、乙烯基哒嗪、1-二乙烯基咪唑、
3-乙烯基四氢呋喃、二乙烯基呋喃、二乙烯基甲氧基呋喃、二乙烯基吡嗪、乙烯基甲氧基咪唑、乙烯基甲氧基吡咯、乙烯基四氢呋喃、2，4-二乙烯基异噁唑、3，4-二乙烯基-1-甲基吡咯、芳基氧基氧杂环丁烷、芳基氧基-苯基碳酸酯、芳基氧基-哌啶、芳基氧基-四氢呋喃、2-芳基-环丙酮，2-二芳基氧基-糠酸酯、4-烯丙基苯甲醚、芳基氧基-咔唑、芳基氧基-2-糠酸酯、芳基氧基-巴豆酸酯、芳基氧基-环丁烷、芳基氧基-环戊酮、芳基氧基-环丙酮、芳基氧基-环三磷腈、芳基氧基-硅酸亚乙基酯、芳基氧基-硫酸亚乙基酯、芳基氧基-亚硫酸亚乙基酯、芳基氧基咪唑、芳基氧基-甲基丙烯酸酯、芳基氧基-磷酸酯、芳基氧基-吡咯、芳基氧基喹啉、二芳基氧基环三磷腈、二芳基氧基-碳酸亚乙酯、二芳基氧基呋喃、二芳基氧基甲基磷酸酯、二芳基氧基-碳酸丁基酯、二芳基氧基巴豆酸酯、二芳基氧基二苯醚、二芳基氧基-硅酸乙酯、二芳基氧基-硅酸亚乙基酯、二芳基氧基硫酸亚乙基酯、二芳基氧基亚硫酸亚乙基酯、二芳基氧基-碳酸苯基酯、二芳基氧基碳酸亚丙基酯、碳酸二苯酯、二苯二芳基氧基硅酸酯、二苯二乙烯基硅酸酯、二苯醚、硅酸二苯基酯、二乙烯基甲氧基二苯基醚、二乙烯基苯基碳酸酯、甲氧基咔唑、或2，4-二甲基-6-羟基嘧啶、乙烯基甲氧基喹啉、哒嗪、乙烯基哒嗪、喹啉、乙烯基喹啉、吡啶、乙烯基吡啶、吲哚、乙烯基吲哚、三乙醇胺、1，3-二甲基丁二烯、丁二烯、乙烯基碳酸亚乙酯、碳酸乙烯基酯、咪唑、乙烯基咪唑、哌啶、乙烯基哌啶、嘧啶、乙烯基嘧啶、吡嗪、乙烯基吡嗪、异喹啉、乙烯基异喹啉、喹喔啉、乙烯基喹喔啉、联苯、1，2-二苯醚，2-二苯乙烷、邻三联苯、N-甲基吡咯、萘、或它们的任何两种或更多种化合物的混合物。
在其它实施方式中，电极稳定性化合物包括被取代或未被取代的具有至少一个氧原子和至少一个烯基或炔基的螺环烃。例如，这种稳定性化合物包括那些具有下面的化学式V的化合物：
其中：D1、D2、D3和D4独立地是O或CR22R23；当G1是O时D1不是O，当G2是O时D2不是O，当G3是O时D3不是O，当G4是O时D4不是O，G1、G2、G3和G4独立地是O或CR22R23；条件是当D1是O时G1不是O，当D2是O时G2不是O，当D3是O时G3不是O、当D4是O时G4不是O；R20和R21独立地是取代或未被取代的二价烯基或炔基基团；R22和R23每次出现独立地是H、F、Cl、取代或未被取代的烷基、烯基或炔基基团。
化学式V代表性的实例包括但不限于，3，9-二乙烯基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-2，4，8-三氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-2，4-二氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4，8-三氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-2，4-二氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-亚甲基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二乙烯基-1，5，7，11-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-亚甲基-1，5，7，11-四氧杂螺[5.5]十一烷、3，9-二亚乙基-1，5，7，11-四氧杂螺[5.5]十一烷，或它们的任何两种或更多种这样的化合物的混合物。此外，任何两种或多种电极稳定化合物的混合物也用于电解液中。
在一些实施方式中，电极稳定性化合物是阴离子受体。在一些实施方式中，阴离子受体是路易斯酸。在其它实施方式中，阴离子受体是硼烷、硼酸盐/酯(boronate)、硼酸盐/酯(borate)、硼杂环戊二烯(borole)，或两种或多种这样化合物的混合物。在一些实施方式中，阴离子受体是化学式VI示出的化合物：
其中，每一个R17、R18和R19独立地是卤素、烷基、芳基、卤素取代的烷基、卤素取代的芳基或OR17；或者R17、R18、和R19中的任何两个与它们连接的原子一起形成5-9员的杂环。R17每次出现独立地是烷基、芳基、卤素取代的烷基或卤素取代的芳基。
在一些实施方式中，阴离子受体包括，但不限于硼酸三(丙基)酯、三(1，1，1，3，3，3六氟-丙烷-2-基)硼酸酯、三(1，1，1，3，3，3-六氟-2-苯基-丙烷-2-基)硼酸酯、三(1，1，1，3，3，3-六氟-2-(三氟甲基)丙烷-2-基)硼酸酯、三苯基硼酸酯、三(4-氟苯基)硼酸酯、三(2，4-二氟苯基)硼酸酯、三(2，3，5，6-四氟苯基)硼酸酯、三(五氟苯基)硼酸酯、三(3-(三氟甲基)苯基)硼酸酯、三(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸酯、三(五氟苯基)硼烷，或者它们中的任何两种或多种的混合物。进一步的合适的化合物包括2-(2，4-二氟苯基)-4-氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-(3-三氟甲基苯基)-4-氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2，5-二(三氟甲基)苯-4-氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-(4-氟苯基)-四氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-(2，4-二氟苯基)-四氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-(五氟苯基)-四氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-(2-三氟甲基苯基)-四氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2，5-二(三氟甲基苯基)-四氟-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊二烯、2-苯基-4，4，5，5-四(三氟甲基)-1，3，2-苯并二氧杂硼杂环戊烷、2-(3，5-二氟苯基-4，4，5，5-四(三氟甲基)-1，3，2-二氧杂硼杂环戊烷、2-(3，5-二氟苯基-4，4，5，5-四(三氟甲基)-1，3，2-二氧杂硼杂环戊烷、2-五氟苯基-4，4，5，5-四(三氟甲基)-1，3，2-二氧杂硼杂环戊烷、二(1，1，1，3，3，3-全氟丙基)苯基-硼酸酯、二(1，1，1，3，3，3-六氟异丙基)-3，5-二氟苯基硼酸酯、二(1，1，1，3，3，3-六氟异丙基)五氟苯基硼酸酯，或任何两种或更多种这样的化合物的混合物。在一些实施方式中，每种阴离子受体存在的浓度是0.001重量％-10重量％。
在一些其它实施方式中，电解液包括电解质化合物，Li2B12X12-nHn、Li2B10X10-n′Hn′，或者这种化合物的两种或更多种的混合物。这样的电解质化合物的量为0.001重量％-15重量％。在这样的化合物中，X是OH、OCH3、F、Cl、Br或I，n是从0-12的整数，n′是从0-10的整数。
在一些实施方式中，电解液进一步包括凝胶。这样的电解液包括极性非质子溶剂、锂盐、氧化还原穿梭剂、交联剂、单官能单体化合物和至少一个自由反应引发剂。在一些实施方式中，凝胶电解液也可包括其它电极稳定化合物和其它电解质化合物。合适的交联剂可由下面的化学式VII表示：
其中R20、R21、R22和R23每一个独立地是氢、取代或未被取代的具有1到12个碳原子的烷基、或取代或未被取代的具有2到12个碳原子的烯基，其中X′是氢、甲基或乙基，并且n”’是从1至15的整数。单官能的单体化合物可以用于控制凝胶电解液的交联密度。合适的单功能单体化合物包括化学式VIII的那些：
其中，R24是具有1到12个碳原子的烷基，每个R25和R26独立地是氢、取代或未被取代的具有1到12个碳原子的烷基、或取代或未被取代的具有从2到12个碳原子的烯基；X′是氢、甲基或乙基；q″是1-20的整数。
交联剂和单功能单体化合物提供了一种物理结构，或凝胶，从而在交联后容纳极性非质子溶剂。在凝胶中由于粘度发生变化，交联剂和单功能单体化合物数量的变化而可能影响凝胶电解液的导电性。相比于用于更高粘度凝胶的单功能单体化合物的浓度，制备的较低粘度凝胶具有更高浓度的单功能单体化合物。不受理论的束缚，较高粘度凝胶可能会表现出较低的电化学电导率，而较低粘度凝胶可能会有更高的电化学电导率。然而，凝胶电解液其它的电化学性能，或制备的具有凝胶电解液的电化学电池的性能，如氧化电位和还原电位，预计不会受到影响。
交联剂和单功能单体化合物的聚合被认为是公知的技术。例如，单功能单体化合物可通过热和光引发而聚合。代表性的热引发剂包括但不限于，偶氮化合物、过氧化合物、双马来酰亚胺，或它们任何两种或多种的混合物。偶氮化合物的一个实例是偶氮二异丁腈。过氧化氢化合物的一个实例是过氧化苯甲酰基。代表性的光引发剂包括但不限于，1-羟基苯基酮、二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙酮、2-羟基-1-(4-(2-羟基)苯基]-2-甲基-1-丙酮、甲基苯甲酰基甲酸酯、氧基-苯基-乙酸2-(2-氧代-2-苯基-乙酰氧基-乙氧基]-乙基酯、氧基-苯基-乙酸2-(2-羟基-乙氧基)乙基酯、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丙酮、二苯基(2，4，6-三甲基硫基)苯基)氧化膦、氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)、二(η5-2，4-环戊二烯-1-基)二[2，6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛、(4-甲苯基)-(4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸碘。或者它们中两个或两个以上的混合物。在某些情况下，光引发剂是UV引发剂。
在另一个方面，提供一种包括多个可再充电的、串联连接的锂离子电池单元的电池组(battery)。在这些实施方式中，每个电池包含负电极；负电极集电器；正电极；正电极集电器，和如上面所描述的包括极性非质子溶剂、锂盐和氧化还原穿梭剂的电解液。在这样的系统中，负电极相比正电极具有更大的不可逆转的第一循环容量损耗，因为氧化还原穿梭剂具有高于正极最大正常操作电势的电化学电位，以及负电极集电器具有低于负电极最低正常操作电位的锂合金电位。在一个实施方式中，电极平衡被调整(通过使用一个比正电极更大容量的负电极)，所以，氧化还原穿梭剂能提供过充保护。
可将各种负电极应用于锂离子电池中。代表性的负电极包括Li4Ti5O12；在美国专利号6203944、6255017、6436578、6664004、6699336、美国专利申请公布号2003/0211390、2004/0131936、2005/0031957和2006/046144中描述的锂合金组合物；石墨碳，例如，在(002)晶面之间具有间距d002为并以粉末、片状、纤维或球状(例如，中位碳微珠(mesocarbon microbead，MCMB))的形式存在；本领域技术人员所熟悉的其它材料；以及它们的组合。
负电极相比于正电极具有更大的不可逆转的第一循环容量损耗，在过放电期间正电极通常会保持在高电位。它的集电器将维持在接近同样的高电位，其在过放电期间将不容易在再充电或分解时捕获锂。因此，对正电极集电器的选择有很少的限制。代表性的正电极集电器包括铝、不锈钢(例如，300系列和400系列不锈钢)、钛、钽、铌、铬镍铁合金(INCONEL alloy)、它们的组合和其它本领域技术人员所熟悉的材料。各种正电极可结合氧化还原穿梭剂应用于锂离子电池中。代表性的正电极包括LiFePO4、LiMnPO4、LiMn2O4、LiCoPO4和LiCoO2；在美国专利号为5858324、5900385、6143268、6680145、6964828、7078128、7211237、美国专利申请公布号为2003/0027048、2004/0121234、2004/179993和2006/045144所描述的锂过渡金属氧化物。
负电极或正电极可含有添加剂，如本领域技术人员所熟悉的，例如，添加到负电极中的炭黑，和添加到正电极中的炭黑、片状石墨和类似物。
负电极和正电极的容量可选地被选择提供过量负电极容量。这使氧化还原穿梭剂能够提供过充保护。百分之十至百分之二十的过量负电极容量是推荐的。如果需要的话可使用更小或更高的负电极容量。
在另一个方面，所提供的电子装置包括电负载(例如，电子电路、发动机、照明源或热源)和上述电池。示例性的所列举的装置在制造时可以没有过放电(任选没有过充电)保护电路。
通篇使用的如下术语可以定义如下：
术语“尖晶石”指的是锰基尖晶石，例如，Li1+xMn2-zMetyO4-mXn，其中Met是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Ni、或Co；X是S或F；并且其中0≤x≤0.3，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤m≤0.5和0≤n≤0.5。
术语“橄榄石”指的是铁基橄榄石，例如，LiFe1-zMet″yPO4-mXn，其中Met″是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Ni、Mn或Co；X是S或F；并且其中0≤x≤0.3；0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤m≤0.5和0≤n≤0.5。
烷基包括具有1到20个碳原子的直链和支链的烃基，通常是1到12个碳，或者在某些实施方式中，是1到8个碳原子。作为在此应用，“烷基”包括下面定义的环烷基。直链烷基的实例包括甲基、乙基、丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚和正辛基。支链烷基的实例包括但不限于，异丙基、仲丁基、叔丁基、新戊基和异戊基。代表性的取代烷基可以被以下基团取代一次或更多次：例如，氨基、硫基、羟基、氰基、烷氧基和/或卤素诸如F、Cl、Br和I基团。此处使用的术语卤代烷基是具有一个或多个卤素的烷基。在一些实施方式中，卤代烷基指的是具有一个或多个卤素基团的烷基团。在一些实施方式中，卤代烷基是指全卤代烷基。
环烷基是环状的烷基，例如但不限于，环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基。在一些实施方式中，环烷基团具有3-8个环成员，而在其他的实施方式中，环碳原子数的范围为从3到5、6或7。环烷基进一步包括多环环烷基，例如但不限于，降莰烷基(norbornyl)、金刚烷基、冰片基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基，稠环基团，例如，但不限于，十氢萘基(decalinyl)等等。环烷基也包括被如上面定义的直链或支链烷基取代的环。代表性的被取代的环烷基可能会被单体取代或取代不止一次，例如但不限于：2，2-、2，3-、2，4-、2，5-或2，6-双取代的环己基或单-、二-或三-取代的降莰烷基或环庚基，这些可被例如，烷基、烷氧基、氨基、硫基、羟基、氰基和/或卤素取代。
烯基是具有2-20个碳原子的直链、支链或环状的烃基，并且进一步包括至少一个双键。在一些实施方式中，烯基具有1到12个碳，或者，典型地，具有1到8个碳原子。烯基包括，例如，乙烯基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、异丁烯基、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基等。烯基类似于烷基可被取代。二价烯基，即具有两个连接点的烯基，包括但不限于，CH-CH＝CH2、C＝CH2或C＝CHCH3。
炔基是具有2-20个碳原子的直链或支链的烃基，进一步包括至少一个三键。在一些实施方式中，炔基具有1到12个碳原子，或者，典型的，具有1到8个碳原子。代表性的炔基团包括但不限于，乙炔基、丙炔基、丁炔基。炔基类似于烷基也可被取代。二价炔基，即具有两个连接点的炔基，包括但不限于CH-C≡CH。
本领域技术人员很容易意识到讨论的所有范围为了所有的目的能并且必要的描述了其中的子范围，而这些子范围也形成了本发明不可缺少的一部分。任何列出的范围可以很容易被确定作为充分描述和使得相同的范围被分解成至少等于一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为一个参考示例，此处讨论的每个范围可以很容易分解成一个下面的三分之一、中间三分之一和上面三分之一，等。
在本说明书中涉及的所有出版物、专利申请、公布的专利和其他文档独立地作为出版物引入作为参考，申请专利、公布的专利或其他文档是具体地、单独地通过参考其整体而并入本文。通过参考引入的文本中包含的定义与本申请公开的定义相抵触的除外。
因此通常描述的本技术，参照下面的实例本发明的技术将更容易被理解，这种实例是作为解释而提供的，并不是要限制其范围。
实施例
实施例1
合成1，4-二(2-甲氧乙氧基)-2，5-二叔丁基苯。
方案1是标题化合物的合成图示。
方案1
2，5-二叔丁基氢醌(0.2mmol)溶解在无水THF(20ml)中。将氢化钠(0.6mmol)和2-氯乙基乙基醚(0.4mmol)添加到溶液中。然后在室温下将反应混合物搅拌过夜。在去除溶剂后，将残留物在二氯甲烷和NaHCO3水溶液(0.1M)之间分配。分离有机部分并经Na2SO4干燥。在真空中去除溶剂后，将初级产品进行色谱分析(二氧化硅，己烷/DCM从5∶1到1∶1)获得1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯，收率为81％。产品通过1HNMR(300MHz，CDCl3，δ/ppm)：7.14(s，2H)、4.11(t，J＝4.5Hz，4H)、3.80(t，J＝4.5Hz，4H)、3.45(s，6H)、1.37(s，18H)进行表征。
实施例2
合成1，4-二[(2-甲氧基乙氧基)甲氧基]-2，5-二叔丁基苯。
该标题化合物以与实施例1相同的方法，通过将2，5-二叔丁基氢醌(0.2mmol)溶解在无水THF(20ml)中形成。将氢化钠(0.6mmol)和2-甲氧基乙氧基氯化钾(0.4mmol)添加到溶液中。然后在室温下将反应物搅拌过夜。在去除溶剂后，将残留物在二氯甲烷和NaHCO3水溶液(0.1M)之间分配。分离有机部分，并经Na2SO4干燥。在真空中去除溶剂后，将初级产品进行色谱分析(二氧化硅，己烷/DCM从5∶1到1∶1)获得1，4-二[(2-甲氧基乙氧基)甲氧基]-2，5-二叔丁基苯，收率为80％。产品通过1HNMR(300MHz，CDCl3，δ/ppm)：7.14(s，2H)、5.25(s，4H)、3.85(t，J＝4.5Hz，4H)、3.61(t，J＝4.5Hz，4H)、3.40(s，6H)、1.36(s，18H)进行表征。
实施例3
使用三电极系统(Pt工作电极，Li为对电极，和Li作参考电极)在不同的扫描速率，记录1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯(10mM)作为作为氧化还原穿梭剂在1.2M的LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液中的循环伏安图。参见图1。观察到一对可逆的峰，相对于Li/Li+3.8-4.1V。主要的电解液成分(EC、PC、DMC，LiPF6)直到相对于Li/Li+4.8V，或者更高时都是电化学稳定的。因此在相对于Li/Li+3.8-4.1V时的可逆电化学反应归于1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯的氧化和还原峰值。
实施例4
记录了Li/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时上的电压曲线。参见图2。充电率是在C/10且过充是100％。氧化还原穿梭剂在传统的基于碳酸酯的电解液中显示出非凡的过充保护性能，甚至也观察到在0.1M没有溶解的问题。
实施例5
记录了Li/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时上的容量保持曲线。参见图3。充电率是在C/10且过充是100％。在超过一百个过充电周期后，容量保持方面的电池性能的确呈现一个明显的降低。
实施例6
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的电压曲线。参见图4。充电率是在C/10且过充是100％。由该氧化还原穿梭剂导致的过充保护在MCMB作为阳极的整个电池中的运行良好。如此处使用的，MCMB是中位碳微珠的缩写。
实施例7
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)在0到3100小时的容量保持曲线。参见图5。充电率是在C/10且过充是100％。在超过一百个过充电周期后，所测试的电池的放电能力减少约30％。所以可以相信高压过充测试超过了通常的电池工作范围，因此导致性能降低。
实施例8
记录了LTO/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的电压曲线。参见图6。充电率是在C/10且过充是100％。过充保护在LTO作为阳极的整个电池中的良好运行超过100个过充周期。如此处使用的，LTO是氧化锂钛的缩写。
实施例9
记录了LTO/LiFePO4电池(含有0.1M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2MLiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的容量保持曲线。参见图7。充电率是在C/10且过充是100％。在超过一百个过充电周期后，所测试的电池的放电能力减少约10％。
实施例10
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.2M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的电压曲线。参见图8。充电率是在C/10且过充是100％。氧化还原穿梭剂在基于碳酸酯的电解液中显示出了良好的溶解性能，进而也优化了过充性能。包含0.2M氧化还原穿梭剂的整个电池显示出了超优的过充保护性能。由于氧化还原穿梭剂的浓度相对较高，电池预期在C/5的充电速率下提供数千小时的过充保护。
实施例11
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.2M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2M LiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的容量保持曲线。参见图9。充电率是在C/10且过充是100％。在速率C/5下在超过160个过充电周期后，尽管放电能力减小但是电池仍能适当的工作。
实施例12
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.4M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2MLiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液)，在0到3100小时的电压曲线。参见图10。充电率是在C/10且过充是100％。示例的氧化还原穿梭剂溶解度的改善使得可能在C/2的速率下使用这种氧化还原物。包含0.4M当前的氧化还原穿梭剂的电池在C/2的速率下能提供超过一千小时的过充保护。
实施例13
记录了MCMB/LiFePO4电池(含有0.2M作为氧化还原穿梭剂的1，4-二(2-甲氧基乙氧基)-2，5-二叔丁基苯在1.2MLiPF6在EC/EMC(按重量比3∶7)中的溶液中的溶液)，在0到3100小时的容量保持曲线。参见图11。充电率是在C/10且过充是100％。在C/2速率下在超过180个过充电周期后，尽管放电能力减小但是电池仍能适当的工作。

Claims (21)

1.由化学式I、II或III表示的化合物作为电解液中的氧化还原穿梭剂的用途：
其中，
R1是正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基；
R2是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或聚醚基；或R1和R2结合在一起形成环；
R3是H、F、Cl、Br、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或聚醚基；或
其中，所述化合物由化学式II表示时，R1和R2，或R2和R3，结合在一起形成环；
R4是正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基；和
X和Z独立地是式A的基团：
其中，R5和R6独立地是H、F、Cl、Br、I、CN、NO2、烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；
R7是烷基、卤代烷基、磷酸酯基或者聚醚基；
n是从1至8的整数；
m是从1至13的整数，
其中作为氧化还原穿梭剂的化合物具有3.7-4.7 V的相对于Li/Li+的氧化还原电势。
2.如权利要求1所述的用途，其中R2和R3独立地是H、烷基、卤代烷基、或者聚醚基。
3.如权利要求1或2所述的用途，其中R2和R3独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基或者具有2-20个碳原子的聚醚基。
4.如权利要求1或2所述的用途，其中R1和R4是相同的，且与R2和R3是不同的。
5.如权利要求1或2所述的用途，其中R2和R3是氢。
6.如权利要求1所述的用途，其中
所述化合物由化学式I表示；
R2和R3独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基或具有2到20个碳原子的聚醚基；
R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；
R7是烷基；
n是1或2；和
m是1-8。
7.如权利要求1所述的用途，其中
所述化合物由化学式I表示；
R2和R3独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基，或具有2到20个碳原子的聚醚基团；
R5和R6每一次出现独立地是H或甲基；
R7 是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基；
n是1或2；和
m是1-8。
8.如权利要求1所述的用途，其中
所述化合物由化学式I表示；R1和R4是相同的且不同于R2和R3；
R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I；
R7是烷基；
n是1或2；并且
m是1-8。
9.如权利要求1所述的用途，其中
所述化合物由化学式I表示；
R2和R3是氢；
R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；
R7 是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基；
n是1或2；并且
m是1-8。
10.如权利要求1所述的用途，其中
所述化合物由化学式I表示；
R1和R4是叔丁基；
R2和R3是H；
R5和R6在每次出现独立地是H或甲基；
R7是甲基或乙基；
n是1或2；和
m是1-8。
11.如权利要求1所述的用途，其中：
所述化合物由化学式III表示；
R2和R3是氢；
R5和R6每一次出现独立地是H或甲基；
R7 是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基；
n是1或2；并且
m是1-8。
12.如权利要求1所述的用途，其中：
所述化合物由化学式III表示；
R1和R4是叔丁基；
R2和R3是H；
R5和R6每一次出现独立地是H或甲基；
R7 是甲基或乙基；
n是1或2；并且
m是1-8。
13.如权利要求1或2所述的用途，其中R5和R6每一次出现独立地是H、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、F、Cl、Br或I。
14.如权利要求1或2所述的用途，其中R5和R6每一次出现独立地是H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
15.如权利要求1或2所述的用途，其中，R7是C1-C4烷基。
16.如权利要求1或2所述的用途，其中R7 是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基。
17.化合物作为电解液中的氧化还原穿梭剂的用途，所述化合物是l-硝基-3-叔丁基-2,5-二-低聚(乙二醇)苯；l-氰基-3-叔丁基-2,5-二-低聚(乙二醇)苯；l,4 –二-叔丁基-2,3-二-低聚(乙二醇)苯；5-叔丁基-l,3-二硝基-2,4-二-低聚(乙二醇)苯；l -(苄氧基)-4-溴-2,3-二-低聚(乙二醇)苯；l,3,5-三-叔丁基-2,4 –二-低聚(乙二醇)苯；2-甲基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,3-二甲基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二甲基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,6-二甲基-1,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,3,6-三甲基-1,2-二-低聚(乙二醇)苯；2,3,5,6-四甲基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；4-甲基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；2-乙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,3-二乙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二乙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,6-二乙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,3,6-三乙基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；2,3,5,6-四乙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；4-乙基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二-异丙基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯； 2 -叔丁基- 1,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,3-二-叔丁基-1,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二-叔戊基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5 -二-叔丁基-3,6-二-硝基-1,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二-叔丁基-3,6-二-氰基-1,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二-叔丁基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；2,5-二环己基-l,4-二-低聚(乙二醇)苯；4-叔丁基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；4,5-二-叔丁基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；4,5-二-叔戊基-l,2-二-低聚(乙二醇)苯；4,5-二-叔丁基-l,2-二乙氧基苯；9,10-二-低聚(乙二醇)-l,4:5,8-二亚甲基-1,2,3,4,5,6,7,8-八氢蒽；9,10-二-低聚(乙二醇)-1,4:5,8-二亚乙基-1,2,3,4,5,6,7,8-八氢蒽；l,4-二(2-甲氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；1,4-二(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；l,4-二(2-(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；或1,4-二(2 -(2 -(2 -(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯，其中作为氧化还原穿梭剂的化合物具有3.7-4.7 V的相对于Li/Li+的氧化还原电势。
18.如权利要求17所述的用途，其中所述化合物是l,4-二(2-甲氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；1,4-二(2-(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；l,4-二(2 -(2 -(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯；或1,4-二(2 -(2 -(2 -(2-甲氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙氧基-2,5-二-叔丁基苯。
19.由化学式I表示的如权利要求1或2的化合物作为电解液中的氧化还原穿梭剂的用途，其中作为氧化还原穿梭剂的化合物具有3.7-4.7 V的相对于Li/Li+的氧化还原电势。
20.由化学式II表示的如权利要求1或2的化合物作为电解液中的氧化还原穿梭剂的用途，其中作为氧化还原穿梭剂的化合物具有3.7-4.7 V的相对于Li/Li+的氧化还原电势。
21.由化学式III表示的如权利要求1或2的化合物作为电解液中的氧化还原穿梭剂的用途，其中作为氧化还原穿梭剂的化合物具有3.7-4.7 V的相对于Li/Li+的氧化还原电势。
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