KR20220062379A - 플루오르화 전해질 첨가제 - Google Patents

플루오르화 전해질 첨가제 Download PDF

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KR20220062379A
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니콜라스 보레로
네빌 파브리
세르게이 코발렌코
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이쓰리트리젠, 인크.
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Abstract

본 개시내용은 배터리에서 유용한 플루오르화 디알킬 카르보네이트 및 설파이트 화합물을 제조하기 위한 반응 용매으로서의 플루오르화 에테르 가령 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메톡시프로판 (HFMOP)의 사용, 및 고 Ni 캐소드 및 규소 함유 애노드를 함유하는 배터리에서의 사용을 위한 플루오르화 화합물을 함유하는 전해질에 관한 것이다.

Description

플루오르화 전해질 첨가제
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019 년 9 월 17 일에 출원된 미국가 특허 출원 번호 62/901,553호의 이익을 주장하며 이는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 배터리에서 유용한 플루오르화 디알킬 카르보네이트 및 설파이트 화합물을 제조하기 위한 반응 용매으로서의 플루오르화 에테르 가령 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메톡시프로판 (HFMOP)의 사용, 및 플루오르화 디알킬 카르보네이트 및 설파이트 화합물, 및 낮은 수준의 플루오르화 에테르 가령 HFMOP를 포함하는 배터리 전해질에 관한 것이다. 고 Ni 캐소드, 가령 NMC 811 및 Si를 함유하는 애노드를 포함하는 전기화학 전지의 성능을 향상시키기 위한, 전해질 내 성분으로서의 플루오르화 에스테르, 카르보네이트 및 에테르의 용도.
리튬 이온 배터리는 우리의 일상 생활 어디에나 있다. 더 오래 지속되고 안전한 배터리를 위해 에너지 밀도를 개선할 필요가 끊임없이 있다.
카르보네이트 및 설파이트 화합물은 각각 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들로 구성된 물질로 구성된 캐소드를 갖는 비-수성 배터리용 전해질 용매 및 첨가제로서 사용된다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리는 일반적으로 디메틸 카보네이트 또는 에틸렌 카보네이트와 같은 선형 또는 고리형 카보네이트를 사용한다. 그러나 4.4V 이상의 배터리 전압에서는 이러한 화합물이 분해되어 결과적으로 배터리 성능이 저하된다.
요약
본 개시내용은, 제한 없이, 플루오르화 유기 카르보네이트 및 플루오르화 유기 설파이트를 포함하는, 플루오르화 화합물을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 일부 구체예에서, 본 방법은 적어도 하나의 불소 원자를 포함하는 제1 반응물을, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물과 반응시키는 것을 포함하고, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물은 이탈 기 L1를 포함하고:
Figure pct00001
식 20A
Figure pct00002
식 20B
여기서: 반응은 플루오르화 용매의 존재 하에서 수행되고; R1은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 및 임의로 치환된 할로헤테로아릴로부터 선택되고; 그리고 L2은 이탈 기이다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 플루오르화 알콜이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트이다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 2-플루오로에탄올, 2,2-디플루오로에탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 3-플루오로-1-프로판올, 3,3-디플루오로-1-프로판올, 3,3,3-트리플루오로-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오로-1-프로판올, 1,1,1-트리플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3-펜타플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 4,4,4-트리플루오로-1-부탄올, 및 5,5,5-트리플루오로-1-펜탄올로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올이다. 일부 구체예에서, L1은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L1은 할로겐 또는 -OR2 기로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R2는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트이다. 일부 구체예에서, L1은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L2은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L2은 할로겐 및 -OR3 기로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R3는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트이다. 일부 구체예에서, L2은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 식 20A의 화합물은 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 클로로포르메이트는 알킬 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 클로로포르메이트는 메틸 클로로포르메이트 또는 에틸 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 식 20B의 화합물은 티오닐 클로라이드이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함한다.
일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 식 10를 갖는 에테르 또는 티오에테르이고:
Figure pct00003
식 10
여기서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기이다. 일부 구체예에서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르이다. 일부 구체예에서, 반응은 아민의 존재 하에서 수행된다. 일부 구체예에서, 아민은 알킬아민 또는 피리딘이다. 일부 구체예에서, 알킬 아민은 트리알킬아민이다. 일부 구체예에서, 아민은 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, 디메틸아미노피리딘, 2,6-루티딘, 및 N,N-디메틸아닐린으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 -40 °C 및 약 80 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 -40 °C 및 약 70 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 0 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 10 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행된다.
본 개시내용은 또한 약 1 ppm 및 약 5,000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 에테르 또는 티오에테르를 포함하는 전해질을 포함하는 배터리를 제공한다. 일부 구체예에서, 배터리는 재충전가능하고, 여기서 배터리는 적어도 250 사이클의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 식 10을 가지고:
Figure pct00004
식 10
여기서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기이다. 일부 구체예에서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르이다. 일부 구체예에서, 배터리는 알칼리 금속 이온 배터리이다. 일부 구체예에서, 배터리는 리튬 이온 배터리이다. 일부 구체예에서, 전해질은 중 하나 이상을 포함하는 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 또는 임의로 치환된 할로헤테로아릴을 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나의 또는 두 개의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택된다.
본 개시내용은 또한 용매 성분을 포함하는 전해질을 포함하는 배터리를 제공하고, 여기서 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 60% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하고, 여기서 플루오르화 화합물은 식 I, 식 II(a), 식 II(b), 식 III, 또는 식 IV 중 어느 하나를 가지고:
Figure pct00005
식 I
Figure pct00006
식 II(a)
Figure pct00007
식 II(b)
Figure pct00008
식 III
Figure pct00009
식 IV
여기서 R10 및 R20는 C1-C6 알킬, C1-C8 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬, 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C8 알킬, 완전 또는 부분 플루오르화 사이클로알킬, 및 완전 또는 부분 플루오르화 아릴로부터 독립적으로 선택된다. 일부 구체예에서, R20은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬이다. 일부 구체예에서, R20은 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, R20은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, R20은 트리플루오로에틸 또는 헥사플루오로이소프로필로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R10은 메틸, 에틸, n-프로필, 및 2-프로필로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R10은 완전 또는 부분 플루오르화 메틸, 완전 또는 부분 플루오르화 에틸, 완전 또는 부분 플루오르화 n-프로필, 및 완전 또는 부분 플루오르화 2-프로필로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R10은 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, R10은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, R10 및 R20는 동일하다.
일부 구체예에서, 식 IV의 화합물은 식 400, 식 401, 식 402, 또는 식 403 중 어느 하나의 화합물이다:
Figure pct00010
식 400
Figure pct00011
식 401
Figure pct00012
식 402
Figure pct00013
식 403.
일부 구체예에서, 식 I의 화합물은 식 100, 식 101, 식 102, 또는 식 103 중 어느 하나의 화합물이다:
Figure pct00014
식 100
Figure pct00015
식 101
Figure pct00016
식 102
Figure pct00017
식 103.
일부 구체예에서, 식 II(a)의 화합물은 식 200, 식 201, 식 202, 또는 식 203 중 어느 하나의 화합물이다:
Figure pct00018
식 200
Figure pct00019
식 201
Figure pct00020
식 202
Figure pct00021
식 203.
일부 구체예에서, 식 III의 화합물은 식 300 또는 식 301 중 어느 하나의 화합물이다:
Figure pct00022
식 300
Figure pct00023
식 301.
일부 구체예에서, 플루오르화 화합물은 식 10의 에테르 또는 티오에테르이고:
Figure pct00024
식 10
여기서 식 10에서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기이다.
일부 구체예에서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고, R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르이다.
일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 5000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.0001% 및 약 5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.1% 및 약 2% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다.
일부 구체예에서, 여기서 전해질은 비-수성 전해질이고, 여기서 용매 성분은 부분 플루오르화 유기 카르보네이트 및 비-플루오르화 유기 카르보네이트 중 하나 이상을 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 비-플루오르화 카르보네이트는 EC (에틸렌 카르보네이트), EMC (에틸 메틸 카르보네이트), DEC (디에틸 카르보네이트), DMC (디메틸 카르보네이트), PC (프로필렌 카르보네이트), 및 VC (비닐렌 카르보네이트 또는 비닐리덴 카르보네이트) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.001% 및 약 2% 사이이다. 일부 구체예에서, 부분 플루오르화 카르보네이트는 FEC (플루오로에틸렌 카르보네이트)를 포함하고, 여기서 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.001% 및 약 10% 사이이다.
일부 구체예에서, 전해질은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 또는 임의로 치환된 할로헤테로아릴 중 하나 이상을 포함하는 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트를 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나의 또는 두 개의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 기를 포함한다.
일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택된다.
일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 에틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 에틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 에틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 에틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 에틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 에틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 에틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 에틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 에틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 에틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 에틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 에틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다.
일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 n-프로필 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, n-프로필 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, n-프로필 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, n-프로필 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, n-프로필 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, n-프로필 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, n-프로필 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, n-프로필 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, n-프로필 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, n-프로필 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, n-프로필 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 n-프로필 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다.
일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 이소프로필 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 이소프로필 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 이소프로필 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 이소프로필 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 이소프로필 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 이소프로필 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 이소프로필 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다.
본 개시내용은 또한 여기서 기재된 바와 같은 전해질을 포함하는 배터리를 제공한다. 일부 구체예에서, 전해질은 알칼리 염을 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M 및 약 1.5 M 사이이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M, 약 1.1 M, 약 1.2 M, 약 1.3 M, 약 1.4 M, 또는 약 1.5 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염은 리튬 염이다. 일부 구체예에서, 리튬 염은 LiPF6이다.
본 개시내용은 또한 여기서 기재된 바와 같은 애노드 및 캐소드를 포함하는 배터리를 제공한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 니켈, 망간, 및 코발트로부터 선택된 금속을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 70% 및 약 90% 사이의 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 80% 니켈, 약 10% 망간, 및 약 10% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 90% 니켈, 약 5% 망간, 및 약 5% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 및 약 75% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 및 약 70% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 및 약 70% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다.
본 개시내용은 또한 여기서 기재된 바와 같은 배터리를 제공하고, 여기서 배터리는 재충전가능하고, 여기서 배터리는 약 150 및 약 500 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 적어도 200 사이클의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 적어도 250 사이클의 사이클 수명을 가진다.
본 개시의 다음의 상세한 설명 뿐만 아니라 전술한 요약은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1는 전해질 혼합물의 플루오르화 성분으로서 플루오로 에틸렌 카르보네이트 (FEC)를 포함하는 전해질 대비 트리플루오로에틸 메틸 카르보네이트 (F3EMC)를 사용함에 의한, NMC 811 캐소드 및 규소 복합물 애노드를 함유하는 배터리에서의 고온에서의 성능 향상을 도시한다.
도 2는 FEC를 포함하는 전해질 대비 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르를 포함하는 전해질를 사용함에 의한, NMC 811 캐소드 및 규소 복합물 애노드를 함유하는 배터리에서의 고온에서의 성능 향상을 도시한다.
도 3는 플루오로 에틸렌 카르보네이트 (FEC)를 포함하는 전해질 대비 헥사플루오로-2-메톡시프로판 (헥사플루오로-2-프로필 메틸 에테르)를 포함하는 전해질를 사용함에 의한, NMC 811 캐소드 및 규소 복합물 애노드를 함유하는 배터리에서의 고온에서의 성능 향상을 도시한다.
NMC 811과 같은 고니켈인 실리콘 복합 애노드 및 캐소드와 같은 더 높은 에너지 밀도 전극을 사용하는 데 큰 관심이 있다. 고니켈 NMC 811을 사용하여 제조되고 실리콘 애노드를 포함하는 배터리는 상업적으로 적합하지만 여전히 개선이 필요한다. 주요 단점은 이러한 유형의 배터리에서 전해질이 분해되어 사이클링 성능이 저하된다는 것이다. 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)는 Si 복합 애노드에 SEI 층을 생성하는 데 도움이 되는 이러한 시스템에서 전해질 첨가제 또는 공용매로 널리 사용된다. FEC의 사용은 안전 문제인 전지 내 상당한 가스 발생을 초래하므로 심각한 결점이 있다.
본 개시내용은 배터리 사이클 수명을 추가로 개선하기 위해 전해질에서 FEC와 조합된 다른 플루오르화 탄산염, 에테르 및 에스테르의 사용을 제공한다. 본 개시내용은 FEC 대신에 및/또는 FEC와 조합하여 트리플루오로메틸화 카보네이트의 사용을 추가로 제공하여 사이클 수명의 상당한 개선을 가져온다.
일부 구체예에서, 본 개시내용은 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르를 용매로서 사용하여 카르보네이트 및 설파이트를 제조하는 개선된 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 본 개시내용은 플루오르화 에테르 또는 티오에테르를 함유하는 전해질을 포함하는 배터리를 제공한다. 일부 구체예에서, 전해질 내 플루오르화 에테르 또는 티오에테르의 양은 1-5000 ppm 사이이다. 일부 구체예에서, 전해질 내 플루오르화 에테르 또는 티오에테르의 양은 0.0001% 및 2% 사이이다. 일부 구체예에서, 이들 에테르는 1-5000 ppm 사이의 범위의 양으로 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르를 포함한다. 일부 구체예에서, 이들 에테르는 0.0001% 및 2% 사이의 범위의 양으로 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르를 포함한다. 일부 구체예에서, 본 개시내용은 비스(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트를 포함하는 전해질을 포함하는 배터리를 제공한다.
플루오르화 카르보네이트의 제조방법은 업계에서 공지되어 있다. 미국 특허 출원 번호 제20120141870호는 46% 수율로 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카보네이트를 제조하는 방법을 개시하고 있으며, 이로써 메틸 클로로포르메이트가 디클로로메탄 중 2,2,2-트리플루오로에탄올 및 피리딘의 용액에 첨가된다. 미국 특허 출원 번호 제20180346404호는 디클로로메탄이 또한 용매로 사용되는 유사한 공정을 개시하고 있다. 디클로로메탄은 미량의 염소 함유 용매가 최종 제품에 존재하는 경우 배터리 성능에 부정적인 영향을 미치고 독성으로 인해 대규모 공정에 권장되지 않는 것을 포함하여 여러 가지 이유로 불리한다. 또한, 디클로로메탄으로 얻은 수율은 대규모 합성에 이상적이지 않다.
WO 2015083745 및 WO 2015083747은 트리글라임 내 2,2,2-트리플루오로에탄올 및 피리딘에 메틸 클로로포르메이트를 첨가함으로써 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카보네이트를 제조하는 방법을 기재하고 있으며, 이는 또한 최종 생성물로 전달되어 배터리에 유해할 수 있다.
불소-함유 설파이트의 제조도 보고되어 있다 (Journal of Fluorine Chemistry 6(1975) 93-104). 이 과정에서 플루오르화 알코올의 트리에틸아민 부가물은 -78°C에서 4배 과량의 염화티오닐과 반응한다. 필요한 극저온 온도와 과잉 반응물은 공정을 실용적으로나 경제적으로 모두 불리하게 만든다.
다르게 정의되지 않는다면, 여기서 사용된 모든 기술적 과학적 용어는 본발명이 속하는 분야에서의 숙련가에게 흔히 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 여기서 언급된 모든 특허 및 간행물은 그 전체가 참고로 포함된다.
정의
달리 언급되지 않는 한, 본원에 묘사 된 화학 구조는 또한 하나 이상의 동위 원소 농축 원자의 존재에서만 상이한 화합물을 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 하나 이상의 수소 원자가 중수소 또는 삼중수소로 대체되거나 하나 이상의 탄소 원자가 13C 또는 14C 농축 탄소로 대체된 화합물은 본 개시내용의 범위 내에 있다.
예를 들어, 분자량 또는 화학식과 같은 물리적 또는 화학적 특성을 설명하기 위해 범위가 본원에서 사용될 때, 범위 및 그 안의 특정 구체예의 모든 조합 및 하위 조합이 포함되는 것으로 의도된다. 숫자 또는 숫자 범위를 언급할 때 "약"이라는 용어의 사용은 언급된 숫자 또는 숫자 범위가 실험적 편차내(또는 통계적 실험 오차 내)의 근사치이므로 숫자 또는 숫자 범위가 다를 수 있음을 의미한다. 편차는 일반적으로 명시된 수 또는 수치 범위의 0% 내지 15%, 바람직하게는 0% 내지 10%, 더욱 바람직하게는 0% 내지 5%이다. 용어 "포함하는"(및 "포함하는" 또는 "포함하는" 또는 "갖는" 또는 "포함하는"과 같은 관련 용어)은 예를 들어 기술된 특징으로 "구성된" 또는 "본질적으로 구성된" 물질의 조성물, 방법 또는 공정의 구체예와 같은 구체예를 포함한다.
"알킬"은 1 내지 10개의 탄소 원자(예를 들어, C1-10)알킬 또는 C1-10 알킬)를 갖는 불포화를 함유하지 않고 탄소 및 수소 원자만으로 이루어진 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 본 명세서에서 나타날 때마다, "1 내지 10"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각각의 정수를 지칭한다 - 예를 들어, "1 내지 10 탄소 원자"는 알킬 기가 1개의 탄소 원자, 2개의 탄소 원자, 3개의 탄소 원자, 최대 10개의 탄소 원자를 포함하지만, 그 정의는 수치 범위가 구체적으로 지정되지 않은 "알킬"이라는 용어의 경우도 포함하도록 의도된다. 전형적인 알킬 기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸 이소부틸, 3차 부틸, 펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 헥실, 셉틸, 옥틸, 노닐 및 데실을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 알킬 모이어티는 단일 결합, 가령 예를 들어, 메틸 (Me), 에틸 (Et), n-프로필 (Pr), 1-메틸에틸 (이소프로필), n-부틸, n-펜틸, 1,1-디메틸에틸 (t-부틸) 및 3-메틸헥실에 의해 분자의 나머지에 부착될 수 있다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 알킬 기는 독립적으로 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환되고 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"알킬아릴"은 -(알킬)아릴 라디칼을 지칭하고 여기서 아릴 및 알킬은 여기서 개시된 바와 같고 아릴 및 알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"알킬헤트아릴"은 -(알킬)헤트아릴 라디칼을 지칭하고 여기서 헤트아릴 및 알킬은 여기서 개시된 바와 같고 아릴 및 알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"알킬헤테로사이클로알킬"은 -(알킬) 헤테로사이클릴 라디칼을 지칭하고 여기서 알킬 및 헤테로사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 헤테로사이클로알킬 및 알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"알켄" 모이어티는 적어도 두 개의 탄소 원자 및 적어도 하나 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 기를 지칭하고, "알킨" 모이어티는 적어도 두 개의 탄소 원자 및 적어도 하나 탄소-탄소 삼중 결합으로 이루어진 기를 지칭한다. 알킬 모이어티는, 포화 또는 불포화로 분지형, 직쇄 사슬, 또는 사이클릭일 수 있다.
"알케닐"은 탄소 및 수소 원자로만 구성되고, 1개 이상의 이중 결합을 포함하고, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 쇄 라디칼 기를 지칭한다(즉, (C2-10)알케닐 또는 C2-10 알케닐). 본 명세서에 나타날 때마다, "2 내지 10"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각각의 정수를 지칭한다 - 예를 들어, "2 내지 10 탄소 원자"는 알케닐 기가 2개의 탄소 원자, 3개의 탄소 원자, 최대 10개의 탄소 원자를 포함한다. 알케닐 모이어티는 예를 들어 에테닐(즉, 비닐), 프로프-1-에닐(즉, 알릴), 부트-1-에닐, 펜트-1-에닐 및 펜타-1,4-디에닐과 같은 단일 결합에 의해 분자의 나머지 부분에 부착될 수 있다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 알케닐 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"알케닐-사이클로알킬"은 -(알케닐)사이클로알킬 라디칼을 지칭하고 여기서 알케닐 및 사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 알케닐 및 사이클로알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"알키닐"은 탄소 및 수소 원자로만 구성되고, 1개 이상의 삼중 결합을 포함하고, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 쇄 라디칼 기를 지칭한다(즉, (C2-10)알키닐 또는 C2-10 알키닐). 본 명세서에 나타날 때마다, "2 내지 10"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각각의 정수를 지칭한다 - 예를 들어, "2 내지 10 탄소 원자"는 알키닐 기가 2개의 탄소 원자, 3개의 탄소 원자, 최대 10개의 탄소 원자를 포함한다. 알키닐은 단일 결합, 예를 들어, 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐 및 헥시닐에 의해 분자의 나머지에 부착될 수 있다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 알키닐 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"알키닐-사이클로알킬"은 -(알키닐)사이클로알킬 라디칼을 지칭하고 여기서 알키닐 및 사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 알키닐 및 사이클로알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"카복스알데히드"는 -(C=O)H 라디칼을 지칭한다.
"카복실"은 -(C=O)OH 라디칼을 지칭한다.
"시아노"는 -CN 라디칼을 지칭한다.
"사이클로알킬"는 단지 탄소 및 수소을 함유하는 모노시클릭 또는 폴리시클릭 라디칼를 지칭하고, 포화, 또는 부분적으로 불포화일 수 있다. 사이클로알킬 기는 3 내지 10 링 원자 (즉 (C3-10)사이클로알킬 또는 C3-10 사이클로알킬)를 갖는 기를 포함한다. 본 명세서에 나타날 때마다, "2 내지 10"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각각의 정수를 지칭한다 - 예를 들어, "2 내지 10 탄소 원자"는 사이클로알킬 기가 3개의 탄소 원자, 최대 10개의 탄소 원자를 포함한다. 사이클로알킬 기의 예시적 예는, 비제한적으로 다음 모이어티: 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로펜테닐, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 사이클로노닐, 사이클로데실, 노르보르닐, 등을 포함한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 사이클로알킬 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"사이클로알킬-알케닐"은 -(사이클로알킬)알케닐 라디칼을 지칭하고 여기서 사이클로알킬 및 알케닐은 여기서 개시된 바와 같고 사이클로알킬 및 알케닐, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"사이클로알킬-헤테로사이클로알킬"은 -(사이클로알킬)헤테로사이클로알킬 라디칼을 지칭하고 여기서 사이클로알킬 및 헤테로사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 사이클로알킬 및 헤테로사이클로알킬, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"사이클로알킬-헤테로아릴"은 -(사이클로알킬)헤테로아릴 라디칼을 지칭하고 여기서 사이클로알킬 및 헤테로아릴은 여기서 개시된 바와 같고 사이클로알킬 및 헤테로아릴, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
용어 "알콕시"는 산소를 통해 모 구조에 부착된 선형, 분지형, 환형 배열 및 이들의 조합의 1 내지 8개의 탄소 원자를 포함하는 기 -O-알킬을 지칭한다. 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 사이클로프로필옥시 및 사이클로헥실옥시가 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. "저급 알콕시"는 1 내지 6개의 탄소를 함유하는 알콕시 기를 지칭한다.
용어 "치환된 알콕시"는 알킬 성분이 치환된 알콕시를 지칭한다(즉, -O-(치환된 알킬)). 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 알콕시 기의 알킬 모이어티는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
용어 "알콕시카르보닐"은 카르보닐 탄소를 통해 부착된 식 (알콕시)(C=O)-의 기를 지칭하며, 여기서 알콕시 기는 표시된 수의 탄소 원자를 갖는다. 따라서 (C1-6)알콕시카르보닐기는 산소를 통해 카르보닐 링커에 부착된 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이다. "저급 알콕시카르보닐"은 알콕시기가 저급 알콕시기인 알콕시카르보닐기를 지칭한다.
용어 "치환된 알콕시카보닐"는 기 (치환된 알킬)-O-C(O)-를 지칭하고 여기서 기는 카르보닐 작용기를 통해 모 구조에 부착된다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 알콕시카보닐 기의 알킬 모이어티는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"아실"은 기 (알킬)-C(O)-, (아릴)-C(O)-, (헤테로아릴)-C(O)-, (헤테로알킬)-C(O)- 및 (헤테로사이클로알킬)-C(O)-를 지칭하고, 여기서 기는 카보닐 작용기를 통해 모 구조에 부착된다. R 라디칼이 헤테로아릴 또는 헤테로사이클로알킬인 경우, 헤테로 링 또는 사슬 원자는 사슬 또는 링 원자의 총 수에 기여한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아실기의 아릴, 알킬, 헤테로아릴 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"아실옥시"는 R(C=O)O- 라디칼을 지칭하며, 여기서 R은 여기서 기재된 바와 같은 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알킬 또는 헤테로사이클로알킬이다. R 라디칼이 헤테로아릴 또는 헤테로사이클로알킬인 경우, 헤테로 링 또는 사슬 원자는 사슬 또는 링 원자의 총 수에 기여한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아실옥시기의 R는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"아실설폰아미드"는 -S(O)2-N(Ra)-C(=O)- 라디칼을 지칭하고, 여기서 Ra는 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아실설폰아미드 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"아미노" 또는 "아민"은 -N(Ra)2 라디칼 기를 지칭하고, 여기서 각각의 Ra는 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다. N(Ra)2 기가 수소 이외의 2개의 Ra 치환기를 가질 때, 이들은 질소 원자와 결합하여 4-, 5-, 6- 또는 7-원 링을 형성할 수 있다. 예를 들어, -N(Ra)2는 1-피롤리디닐 및 4-모르폴리닐을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아미노 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
용어 "치환된 아미노"는 또한 각각 상기 기재된 바와 같은 기 -NHRa, 및 NRaRa의 N-산화물를 지칭한다. N-산화물는 상응하는 아미노기를 예를 들어 과산화수소 또는 m-클로로퍼옥시벤조산으로 처리하여 제조할 수 있다.
"아미드" 또는 "아미도"는 식 -C(O)N(R)2또는 NHC(O)R을 갖는 화학적 모이어티를 나타내며, 여기서 R은 수소, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴(링 탄소를 통해 결합됨) 및 헤테로지환족(링 탄소를 통해 결합됨), 이들 각각은 그 자체가 임의로 치환될 수 있다. 아미드의 -N(R)2의 R2는 임의로 이것이 부착된 질소와 함께 4-, 5-, 6- 또는 7-원 링을 형성할 수 있다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 아미도 기는 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 또는 헤테로사이클로알킬에 대해 여기서 기재된 치환기 중 하나 이상에 의해 독립적으로 임의로 치환된다. 아미드는 본 명세서에 개시된 화합물에 부착된 아미노산 또는 펩타이드 분자일 수 있으며, 이로써 전구약물을 형성한다. 이러한 아미드를 제조하는 절차 및 특정 그룹은 당업자에게 알려져 있으며 세미나 자료 가령 Greene and Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 3rd Ed., John Wiley & Sons, New York, N.Y., 1999 Greene and Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 3rd Ed., John Wiley & Sons, New York, NY, 1999에서 쉽게 발견할 수 있고, 그 전체가 참고로 여기서 포함된다.
"방향족" 또는 "아릴" 또는 "Ar"은 탄소환인 공액 파이 전자 시스템을 갖는 하나 이상의 링을 갖는 6 내지 10개의 링 원자(예를 들어, C6-C10 방향족 또는 C6-C10 아릴)를 갖는 방향족 라디칼을 지칭한다 (예를 들어, 페닐, 플루오레닐 및 나프틸). 치환된 벤젠 유도체로부터 형성되고 링 원자에 자유 원자가를 갖는 2가 라디칼은 치환된 페닐렌 라디칼로 명명된다. 자유 원자가가 있는 탄소 원자에서 하나의 수소 원자를 제거하여 이름이 "-일"로 끝나는 1가 폴리사이클릭 탄화수소 라디칼에서 파생된 2가 라디칼은 해당 1가 라디칼의 이름에 "-idene"을 추가하여 명명된다. 두 개의 부착점이 있는 나프틸 그룹을 나프틸리덴이라고 한다. 본 명세서에 나타날 때마다, "6에서 10"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각 정수를 나타낸다; 예를 들어, "6 내지 10개의 링 원자"는 아릴 기가 6개의 링 원자, 7개의 링 원자 등, 10개 이하의 링 원자로 이루어질 수 있음을 의미한다. 상기 용어는 모노사이클릭 또는 융합-링 폴리사이클릭(즉, 링 원자의 인접한 쌍을 공유하는 링) 기를 포함한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아릴 모이어티는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보시클릴, 카보시클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
용어 "아릴옥시"는 기 -O-아릴을 지칭한다.
용어 "치환된 아릴옥시"는 아릴옥시를 지칭하고 여기서 아릴 치환기는 치환된다 (즉, -O-(치환된 아릴)). 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 아릴옥시 기의 아릴 모이어티는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보시클릴, 카보시클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"아르알킬" 또는 "아릴알킬"은 (아릴)알킬-라디칼을 지칭하고 여기서 아릴 및 알킬은 여기서 개시된 바와 같고 아릴 및 알킬 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"에스테르"는 식 -COOR의 화학적 라디칼을 나타내며, 여기서 R은 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴(링 탄소를 통해 결합됨) 및 헤테로지환족(링 탄소를 통해 결합됨)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 에스테르를 제조하는 절차 및 특정 그룹은 당업자에게 알려져 있으며 세미나 자료 가령 Greene and Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 3rd Ed., John Wiley & Sons, New York, N.Y., 1999 Greene and Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 3rd Ed., John Wiley & Sons, New York, NY, 1999에서 쉽게 발견할 수 있고, 그 전체가 참고로 여기서 포함된다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 에스테르 기는 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"플루오로알킬"은 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 플루오로 라디칼, 예를 들어 트리플루오로메틸, 디플루오로메틸, 2,2,2-트리플루오로에틸, 1-플루오로메틸-2-플루오로에틸 등에 의해 치환된, 상기 정의된 바와 같은 알킬 라디칼을 지칭한다. 플루오로알킬 라디칼의 알킬 부분은 알킬 기에 대해 상기 정의된 바와 같이 임의로 치환될 수 있다.
"할로", "할라이드" 또는 대안적으로 "할로겐"은 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오도를 의미하도록 의도된다. 용어 "할로알킬", "할로알케닐", "할로알키닐" 및 "할로알콕시"는 하나 이상의 할로 기 또는 이들의 조합으로 치환된 알킬, 알케닐, 알키닐 및 알콕시 구조를 포함한다. 예를 들어, 용어 "플루오로알킬" 및 "플루오로알콕시"는 할로가 불소인 할로알킬 및 할로알콕시 기를 각각 포함한다.
"헤테로알킬", "헤테로알케닐" 및 "헤테로알키닐"은 임의로 치환된 알킬, 알케닐 및 알키닐 라디칼을 나타내며 탄소 이외의 원자, 예를 들어 산소, 질소, 황, 인 또는 그의 조합으로부터 선택된 하나 이상의 골격 사슬 원자를 갖는다. 수치 범위가 주어질 수 있다 - 예를 들어, C1-C4 헤테로알킬은 총 사슬 길이를 나타내고, 이 예에서 4개의 원자 길이이다. 헤테로알킬 기는 독립적으로 다음인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고: 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 니트로, 옥소, 티옥소, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"헤테로알킬아릴"은 -(헤테로알킬)아릴 라디칼을 지칭하고 여기서 헤테로알킬 및 아릴은 여기서 개시된 바와 같고 헤테로알킬 및 아릴, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"헤테로알킬헤테로아릴"은 -(헤테로알킬)헤테로아릴 라디칼을 지칭하고 여기서 헤테로알킬 및 헤테로아릴은 여기서 개시된 바와 같고 헤테로알킬 및 헤테로아릴, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"헤테로알킬헤테로사이클로알킬"은 -(헤테로알킬)헤테로사이클로알킬 라디칼을 지칭하고 여기서 헤테로알킬 및 헤테로사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 헤테로알킬 및 헤테로사이클로알킬, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"헤테로알킬사이클로알킬"은 -(헤테로알킬)사이클로알킬 라디칼을 지칭하고 여기서 헤테로알킬 및 사이클로알킬은 여기서 개시된 바와 같고 헤테로알킬 및 사이클로알킬, 각각에 대한 적합한 치환기로서 기술된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"헤테로아릴" 또는 "헤테로방향족" 또는 "HetAr" 또는 "Het"는 질소, 산소 및 황으로부터 선택된 하나 이상의 링 헤테로원자를 포함하고, 모노사이클릭, 비사이클릭, 트리사이클릭 또는 테트라사이클릭 링 시스템일 수 있는 5- 내지 18-원 방향족 라디칼 (예를 들어, C5-C13 헤테로아릴)를 지칭한다. 본 명세서에 나타날 때마다, "5에서 18"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각 정수를 나타낸다; 예를 들어, "5 내지 18개의 링 원자"는 헤테로아릴 기가 5개의 링 원자, 6개의 링 원자 등, 18개 이하의 링 원자로 이루어질 수 있음을 의미한다. 자유 원자가가 있는 탄소 원자에서 하나의 수소 원자를 제거하여 이름이 "-일"로 끝나는 1가 헤테로아릴 라디칼에서 파생된 2가 라디칼은 해당 1가 라디칼의 이름에 "-idene"을 추가하여 명명된다 -예를 들어, 두 개의 부착점을 갖는 피리딜 기는 피리딜리덴이다. N-함유 "헤테로방향족" 또는 "헤테로아릴" 모이어티는 링의 골격 원자 중 하나 이상이 질소 원자인 방향족 기를 지칭한다. 폴리사이클릭 헤테로아릴 기는 융합 또는 비-융합될 수 있다. 헤테로아릴 라디칼의 헤테로원자는 임의로 산화된다. 존재하는 경우 하나 이상의 질소 원자가 임의로 4차화된다. 헤테로아릴은 링(들)의 임의의 원자를 통해 분자의 나머지 부분에 부착될 수 있다. 헤테로아릴의 예는, 비제한적으로 다음을 포함한다: 아제피닐, 아크리디닐, 벤즈이미다졸일, 벤즈인돌일, 1,3-벤조디옥소l일, 벤조푸란일, 벤조옥사졸일, 벤조[d]티아졸일, 벤조티아디아졸일, 벤조[b][1,4]디옥세피닐, 벤조[b][1,4]옥사지닐, 1,4-벤조디옥사닐, 벤조나프토푸란일, 벤족사졸일, 벤조디옥소l일, 벤조디옥시닐, 벤족사졸일, 벤조피란일, 벤조피라노닐, 벤조푸란일, 벤조푸라노닐, 벤조푸라자닐, 벤조티아졸일, 벤조티에닐(벤조티오페닐), 벤조티에노[3,2-d]피리미디닐, 벤조트리아졸일, 벤조[4,6]이미다조[1,2-a]피리딘일, 카바졸일, 신놀리닐, 사이클로펜타[d]피리미디닐, 6,7-디히드로-5H-사이클로펜타[4,5]티에노[2,3-d]피리미디닐, 5,6-디히드로벤조[h]퀴나졸리닐, 5,6-디히드로벤조[h]신놀리닐, 6,7-디히드로-5H-벤조[6,7]사이클로헵타[1,2-c]피리다지닐, 디벤조푸란일, 디벤조티오페닐, 푸란일, 푸라자닐, 푸라노닐, 푸로[3,2-c]피리딘일, 5,6,7,8,9,10-헥사히드로사이클로옥타[d]피리미디닐, 5,6,7,8,9,10-헥사히드로사이클로옥타[d]피리다지닐, 5,6,7,8,9,10-헥사히드로사이클로옥타[d]피리딘일, 이소티아졸일, 이미다졸일, 인다졸일, 인돌일, 인다졸일, 이소인돌일, 인돌리닐, 이소인돌리닐, 이소퀴놀릴, 인돌리지닐, 이속사졸일, 5,8-메타노-5,6,7,8-테트라히드로퀴나졸리닐, 나프티리디닐, 1,6-나프티리디노닐, 옥사디아졸일, 2-옥소아제피닐, 옥사졸일, 옥시라닐, 5,6,6a,7,8,9,10,10a-옥타히드로벤조[h]퀴나졸리닐, 1-페닐-1H-피롤릴, 페나지닐, 페노티아지닐, 페녹사지닐, 프탈라지닐,프테리디닐, 푸리닐, 피란일, 피롤릴, 피라졸일, 피라졸로[3,4-d]피리미디닐, 피리딘일, 피리도[3,2-d]피리미디닐, 피리도[3,4-d]피리미디닐, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 피롤릴, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 테트라히드로퀴놀리닐, 5,6,7,8-테트라히드로퀴나졸리닐, 5,6,7,8-테트라히드로벤조[4,5]티에노[2,3-d]피리미디닐, 6,7,8,9-테트라히드로-5H-사이클로헵타[4,5]티에노[2,3-d]피리미디닐, 5,6,7,8-테트라히드로피리도[4,5-c]피리다지닐, 티아졸일, 티아디아졸일, 티아피란일, 트리아졸일, 테트라졸일, 트리아지닐, 티에노[2,3-d]피리미디닐, 티에노[3,2-d]피리미디닐, 티에노[2,3-c]피리딘일, 및 티오페닐 (즉, 티에닐). 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 헤테로아릴 모이어티는 독립적으로 다음인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고: 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 니트로, 옥소, 티옥소, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
치환된 헤테로아릴은 또한 예를 들어 피리디닐 N-산화물와 같은 하나 이상의 산화물(-O-) 치환기로 치환된 링 시스템을 포함한다.
"헤테로아릴알킬"은 본 명세서에 기재된 바와 같은 알킬렌 모이어티에 연결된, 본 명세서에 기재된 바와 같은 아릴 모이어티를 갖는 모이어티를 지칭하며, 여기서 분자의 나머지 부분에 대한 연결은 알킬렌 기를 통한다.
"헤테로사이클로알킬"은 2 내지 12개의 탄소 원자 및 질소, 산소 및 황으로부터 선택된 1 내지 6개의 헤테로원자를 포함하는 안정한 3원 내지 18원 비방향족 링 라디칼을 지칭한다. 본 명세서에 나타날 때마다, "3에서 18"과 같은 수치 범위는 주어진 범위의 각 정수를 나타낸다; 예를 들어, "3 내지 18개의 링 원자"는 헤테로사이클로알킬 기가 3개의 링 원자, 4개의 링 원자 등, 18개 이하의 링 원자로 이루어질 수 있음을 의미한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 헤테로사이클로알킬 라디칼은 모노사이클릭, 비사이클릭, 트리사이클릭 또는 테트라사이클릭 링 시스템이고, 이는 융합 또는 가교된 링 시스템을 포함할 수 있다. 헤테로사이클로알킬 라디칼 내 헤테로원자는 임의로 산화될 수 있다. 존재하는 경우 하나 이상의 질소 원자가 임의로 4차화된다. 헤테로사이클로알킬 라디칼은 부분적으로 또는 완전히 포화된다. 헤테로사이클로알킬은 링(들)의 임의의 원자를 통해 분자의 나머지 부분에 부착될 수 있다. 이러한 헤테로사이클로알킬 라디칼의 예는, 비제한적으로, 디옥솔라닐, 티에닐[1,3]디티아닐, 데카히드로이소퀴놀릴, 이미다졸리닐, 이미다졸리디닐, 이소티아졸리디닐, 이속사졸리디닐, 모르폴리닐, 옥타히드로인돌일, 옥타히드로이소인돌일, 2-옥소피페라지닐, 2-옥소피페리디닐, 2-옥소피롤리디닐, 옥사졸리디닐, 피페리디닐, 피페라지닐, 4-피페리도닐, 피롤리디닐, 피라졸리디닐, 퀴누클리디닐, 티아졸리디닐, 테트라히드로푸릴, 트리티아닐, 테트라히드로피란일, 티오모르폴리닐, 티아모르폴리닐, 1-옥소-티오모르폴리닐, 및 1,1-디옥소-티오모르폴리닐을 포함한다. 명세서에서 구체적으로 달리 언급하지 않는 한, 헤테로사이클로알킬 모이어티는 독립적으로 다음인 하나 이상의 치환기에 의해 임의로 치환되고: 알킬, 헤테로알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 히드록시, 할로, 시아노, 니트로, 옥소, 티옥소, 트리메틸실라닐, -ORa, -SRa, -OC(O)-Ra, -N(Ra)2, -C(O)Ra, -C(O)ORa, -OC(O)N(Ra)2, -C(O)N(Ra)2, -N(Ra)C(O)ORa, -N(Ra)C(O)Ra, -N(Ra)C(O)N(Ra)2, N(Ra)C(NRa)N(Ra)2, -N(Ra)S(O)tRa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tORa (여기서 t는 1 또는 2), -S(O)tN(Ra)2 (여기서 t는 1 또는 2), 또는 PO3(Ra)2, 여기서 각각의 Ra는 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 카보사이클릴, 카보사이클릴알킬, 아릴, 아르알킬, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬알킬, 헤테로아릴 또는 헤테로아릴알킬이다.
"헤테로사이클로알킬"은 일반적으로 3 내지 7개의 링 원자를 갖는 1개의 비방향족 링이 산소, 황 및 질소로부터 독립적으로 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자, 또한 및, 전술한 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하는 이들의 조합 외에 2개 이상의 탄소 원자를 함유하는 바이사이클릭 링 시스템을 포함하고; 일반적으로 3 내지 7개의 링 원자를 갖는 다른 링은 임의로 산소, 황 및 질소로부터 독립적으로 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자를 함유하고 방향족이 아니다.
"니트로"는 -NO2 라디칼을 지칭한다.
"옥사"는 -O- 라디칼을 지칭한다.
"옥소"는 =O 라디칼을 지칭한다.
"이성질체"는 동일한 분자식을 갖는 다른 화합물이다. "입체 이성질체"는 원자가 공간에서 배열되는 방식, 즉 다른 입체화학적 배열만 다른 이성질체이다. "거울상 이성질체"는 서로 겹쳐질 수 없는 거울상인 한 쌍의 입체 이성질체이다. 한 쌍의 거울상 이성질체의 1:1 혼합물은 "라세미" 혼합물이다. "(±)"이라는 용어는 적절한 경우 라세미 혼합물을 지정하는 데 사용된다. "부분입체이성질체"는 적어도 2개의 비대칭 원자를 갖지만 서로 거울상이 아닌 입체이성질체이다. 절대 입체 화학은 Cahn-Ingold-Prelog R-S 시스템에 따라 지정된다. 화합물이 순수한 거울상 이성질체인 경우 각 키랄 탄소의 입체 화학은 (R) 또는 (S)로 지정할 수 있다. 절대 배열이 알려지지 않은 분해된 화합물은 소듐 D선의 파장에서 평면 편광을 회전시키는 방향(우선 또는 좌회전)에 따라 (+) 또는 (-)로 지정될 수 있다. 여기서 기재된 특정 화합물은 하나 이상의 비대칭 중심을 함유하므로 거울상이성질체, 부분입체이성질체, 및 절대 입체화학의 관점에서 (R) 또는 (S)로 정의될 수 있는 기타 입체이성질체 형태를 생성할 수 있다. 본 발명의 화학 물질, 약제학적 조성물 및 방법은 라세미 혼합물, 광학적으로 순수한 형태 및 중간 혼합물을 포함하는 모든 가능한 이성질체를 포함하는 것을 의미한다. 광학 활성 (R)- 및 (S)-이성질체는 키랄 신톤 또는 키랄 시약을 사용하여 제조하거나 기존 기술을 사용하여 분해할 수 있다. 여기서 기재된 화합물이 올레핀 이중 결합 또는 기하 비대칭의 다른 중심을 함유하는 경우, 달리 명시되지 않는 한, 화합물은 E 및 Z 기하 이성질체를 모두 포함하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 "거울상 이성질체 순도"는 다른 거울상 이성질체에 대한 특정 거울상 이성질체의 존재의 상대적인 양(백분율로 표시됨)을 지칭한다. 예를 들어, 잠재적으로 (R)- 또는 (S)-이성질체 배열을 가질 수 있는 화합물이 라세미 혼합물로 존재하는 경우 거울상이성질체 순도는 (R)- 또는 ( S)-이성질체에 대해 약 50%이다. 그 화합물이 다른 것보다 우세한 하나의 이성질체 형태, 예를 들어 80% (S)-이성질체 및 20% (R)-이성질체를 갖는 경우, (S)-이성질체 형태에 대한 화합물의 거울상이성질체 순도는 80%이다. 화합물의 거울상 이성질체 순도는 비제한적으로 키랄 지지체를 사용한 크로마토그래피, 편광 회전의 편광 측정, 란타나이드 함유 키랄 착물 또는 Pirkle 시약 또는 Mosher 산과 같은 키랄 화합물을 사용한 화합물의 유도체화, 이후 크로마토그래피 또는 핵자기 공명 분광법을 포함하여, 업계에서 공지되어 있다.
거울상이성질체는 키랄 고압 액체 크로마토그래피(HPLC) 및 키랄 염의 형성 및 결정화에 의해 제조될 수 있거나; 또는 바람직한 거울상이성질체는 비대칭 합성에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, Jacques, et al., Enantiomers, Racemates and Resolutions, Wiley Interscience, New York (1981); E. L. Eliel, Stereochemistry of Carbon Compounds, McGraw-Hill, New York (1962); and E. L. Eliel and S. H. Wilen, Stereochemistry of Organic Compounds, Wiley-Interscience, New York (1994) 참조.
본원에 사용된 용어 "거울상 이성질체가 풍부한" 및 "비-라세미"는 하나의 거울상 이성질체의 중량%가 라세미 조성물의 대조군 혼합물에서 하나의 거울상 이성질체의 양보다 큰 조성물을 지칭한다( 예를 들어, 중량 기준으로 1:1 초과). 예를 들어, (S)-거울상 이성질체의 거울상 이성질체가 풍부한 제제는 (R)-거울상 이성질체에 대해 50 중량% 초과의, 예를 들어 중량 기준으로 적어도 75%, 또는 적어도 80 중량%와 같이 (S)-거울상 이성질체를 갖는 화합물의 제제를 의미한다. 일부 구체예에서, 농축은 80중량%보다 훨씬 더 클 수 있으며, "실질적으로 거울상이성질체적으로 농축된" 또는 "실질적으로 비-라세미" 제제를 제공하며, 이는 다른 거울상 이성질체에 비해 적어도 85중량%, 가령 적어도 90 중량%, 또는 적어도 95 중량%의 하나의 거울상이성질체를 갖는 조성물의 제제를 지칭한다. 용어 "거울상이성질체적으로 순수한" 또는 "실질적으로 거울상이성질체적으로 순수한"은 단일 거울상이성질체를 98% 이상 및 반대 거울상이성질체를 2% 미만으로 포함하는 조성물을 지칭한다.
"모이어티"는 분자의 특정 분절 또는 작용기를 지칭한다. 화학적 모이어티는 종종 분자에 내장되거나 분자에 첨부된 화학적 실체로 인식된다.
"호변이성질체"는 호변이성질체화에 의해 상호전환되는 구조적으로 구별되는 이성질체이다. "호변이성질체화"는 이성질체화의 한 형태이며 산-염기 화학의 하위 집합으로 간주되는 양성자성 또는 양성자-이동 호변이성질체화를 포함한다. "양성자성 호변이성질체화" 또는 "양성자-이동 호변이성질체화"는 결합 순서의 변화, 종종 단일 결합과 인접한 이중 결합의 교환을 수반하는 양성자의 이동을 포함한다. 호변이성질체가 가능한 경우(예: 용액에서) 호변이성질체의 화학적 평형에 도달할 수 있다. 호변이성질체화의 예는 케토-에놀 호변이성질체화이다. 케토-에놀 호변이성질체화의 구체적인 예는 펜탄-2,4-디온 및 4-히드록시펜트-3-엔-2-온 호변이성질체의 상호전환이다. 호변이성질체화의 또 다른 예는 페놀-케토 호변이성질체화이다. 페놀-케토 호변이성질체화의 구체적인 예는 피리딘-4-올 및 피리딘-4(1H)-온 호변이성질체의 상호전환이다.
"이탈기 또는 원자"는 선택된 반응 조건 하에서 출발 물질로부터 절단되어 특정 부위에서 반응을 촉진시키는 임의의 기 또는 원자이다. 이러한 기의 예는 달리 명시되지 않는 한 할로겐 원자 및 메실옥시, p-니트로벤젠술포닐옥시, 및 토실옥시 기를 포함한다.
"보호기"는 다작용기성 화합물에서 하나 이상의 반응성 부위를 선택적으로 차단하여 화학 반응이 또 다른 보호되지 않은 반응성 부위에서 선택적으로 수행될 수 있고 이어서 선택적 반응이 완료된 후 기가 용이하게 제거되거나 탈보호될 수 있도록 하는 기를 의미하는 것으로 의도된다. 다양한 보호기가 예를 들어 문헌[T. H. Greene and P. G. M. Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, Third Edition, John Wiley & Sons, New York (1999)]에 개시되어 있다.
"용매화물"은 약제학적으로 허용가능한 용매의 하나 이상의 분자와 물리적으로 회합된 화합물을 지칭한다.
"치환된"은 언급된 기가 예를 들어 아실, 알킬, 알킬아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 아릴, 탄수화물, 탄산염, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 머캅토, 알킬티오, 아릴티오, 시아노, 할로, 카르보닐, 에스테르, 티오카르보닐, 이소시아네이토, 티오시아네이토, 이소티오시아네이토, 니트로, 옥소, 퍼할로알킬, 퍼플루오로알킬, 포스페이트, 실릴, 설피닐, 설포닐, 설폰옥시아미딜, 및 일치환 및 이치환된 아미노 기를 포함하는 아미노, 및 그의 보호된 유도체로부터 개별적으로 독립적으로 선택된 하나 이상의 추가 기, 라디칼 또는 모이어티를 부착할 수 있음을 의미한다. 치환기 자체는 치환될 수 있으며, 예를 들어 사이클로알킬 치환기는 그 자체의 링 탄소 중 하나 이상에서 할라이드 치환기를 가질 수 있다. "임의로 치환된"이라는 용어는 특정 기, 라디칼 또는 모이어티로의 선택적 치환을 의미한다.
"설파닐"은 -S-(임의로 치환된 알킬), -S-(임의로 치환된 아릴), -S-(임의로 치환된 헤테로아릴) 및 -S-(임의로 치환된 헤테로사이클로알킬)을 포함하는 기를 지칭한다.
"설피닐"은 -S(O)-H, -S(O)-(임의로 치환된 알킬), -S(O)-(임의로 치환된 아미노), -S(O)-(임의로 치환된 아릴), -S(O)-(임의로 치환된 헤테로아릴) 및 -S(O)-(임의로 치환된 헤테로사이클로알킬)을 포함하는 기를 지칭한다.
"설포닐"은 -S(O2)-H, -S(O2)-(임의로 치환된 알킬), -S(O2)-(임의로 치환된 아미노), -S(O2)-(임의로 치환된 아릴), -S(O2)-(임의로 치환된 헤테로아릴), 및 -S(O2)-(임의로 치환된 헤테로사이클로알킬)을 포함하는 기를 지칭한다.
"설폰아미딜" 또는 "설폰아미도"는 -S(=O)2-NRR 라디칼을 지칭하고, 여기서 각각의 R은 수소, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 (링 탄소를 통해 결합) 및 헤테로알리사이클릭 (링 탄소를 통해 결합)으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. -S(=O)2-NRR 라디칼의 -NRR에서 R 기는 이것이 부착된 질소와 함께 4-, 5-, 6- 또는 7-원 링을 형성할 수 있다. 설폰아미도 기는 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 각각에 대해 기재된 치환기 중 하나 이상에 의해 임의로 치환된다.
"설폭실"은 -S(=O)2OH 라디칼을 지칭한다.
"설포네이트"는 -S(=O)2-OR 라디칼을 지칭하고, 여기서 R은 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴(링 탄소를 통해 결합됨) 및 헤테로지환족(링 탄소를 통해 결합됨)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 설포네이트 기는 각각 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴에 대해 기재된 치환기 중 하나 이상에 의해 R 상에서 임의로 치환된다.
본 개시내용의 화합물은 또한, 예를 들어 화합물의 다형체, 유사다형체, 용매화물, 수화물, 비용매화 다형체(무수화물 포함), 형태 다형체, 및 무정형 형태, 또한 이들의 혼합물을 포함하는 이들 화합물의 결정질 및 무정형 형태를 포함한다. "결정질 형태" 및 "다형체"는 특정 결정형 또는 무정형 형태가 언급되지 않는 한, 예를 들어 화합물의 다형체, 유사다형체, 용매화물, 수화물, 비용매화 다형체(무수화물 포함), 형태 다형체, 및 무정형 형태, 또한 이들의 혼합물을 포함하는 이들 화합물의 결정질 및 무정형 형태를 포함한다.
의심의 여지를 피하기 위해, 본 개시내용의 특정 측면, 구체예 또는 실시예와 관련하여 기재된 특정 특징(예를 들어, 정수, 특성, 값, 용도, 질병, 화학식, 화합물 또는 그룹)이 양립할 수 없는 경우를 제외하고는 여기에서 설명된 임의의 다른 측면, 구체예 또는 실시예에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서 이러한 특징은 여기에 정의된 정의, 청구범위 또는 구체예 중 임의의 것과 관련하여 적절한 경우에 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 모든 특징(첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함), 및/또는 그렇게 개시된 방법 또는 공정의 모든 단계는 특징 중 적어도 일부가 및/또는 단계는 상호 배타적이다. 본 개시는 임의의 개시된 구체예의 임의의 세부사항으로 제한되지 않는다. 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 특징의 신규한 것 또는 신규한 조합(첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함), 또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계의 신규한 것 또는 신규한 조합으로 확장된다.
더욱이, 본원에서 사용된 용어 "약"은 치수, 크기, 공식, 매개변수, 모양 및 기타 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요도 없지만, 필요시 허용 오차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등, 및 당업자에게 알려진 기타 요소를 반영하여, 근사 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다. 일반적으로 치수, 크기, 공식, 매개변수, 모양 또는 기타 양이나 특성은 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략적"이다. 매우 상이한 크기, 형상 및 치수의 구체예가 상술된 배열을 사용할 수 있음을 주목한다.
또한, "포함하는", "본질적으로 구성되는" 및 "로 구성되는"이라는 접속 용어는 첨부된 청구범위에서 원래 및 수정된 형태로 사용될 때, 언급되지 않은 추가 청구 요소 또는 단계에 대한 청구 범위를 정의한다. "포함하는(comprising)"이라는 용어는 포괄적이거나 제한이 없는 것으로 의도되며 언급되지 않은 추가 요소, 방법, 단계 또는 재료를 배제하지 않는다. "구성되는"이라는 용어는 청구범위에 명시된 것 이외의 모든 요소, 단계 또는 재료 및 후자의 경우 지정된 재료(들)와 관련된 일반적인 불순물을 제외한다. "본질적으로 구성되는"이라는 용어는 청구된 구체예의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 특정 요소, 단계 또는 재료(들)로 청구 범위를 제한한다. 본 개시내용의 모든 구체예는 대안적으로 "포함하는", "본질적으로 구성되는" 및 "구성되는" 중 임의의 접속 용어에 의해 보다 구체적으로 정의될 수 있다.
플루오르화 용매를 제조하기 위한 플루오르화 화합물
본 개시내용은 비제한적으로 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카르보네이트, 메틸 1,1,1-트리플루오로이소프로필 카르보네이트, 메틸 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 카르보네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 비스(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 비스(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트를 포함하는 플루오르화 디알킬 카르보네이트, 및 비제한적으로 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트 및 비스(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트를 포함하는 플루오르화 디알킬 설파이트를 제조하기 위한 방법 및 공정을 제공한다.
고전압 리튬 이온 배터리용 용매, 공용매 및 첨가제로서의 적용을 위한 불소화학물질을 제조하는 과정에서, 실험실 규모에서 플루오르화 카르보네이트의 합성, 후처리 및 정제 동안 몇 가지 문제가 발견되었다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 그러한 문제는 현명한 용매 선택에 의해 해결될 수 있다고 생각된다. 일부 구체예에서, HFMOP는 관련된 특정 화학 반응에 대한 발열 효과를 제어하고, 작업을 단순화하고, 쉽게 제거되고, 배터리 내에서 무해한 그의 능력으로 인해 적어도 부분적으로 선택되었다.
일부 구체예에서, 본 개시내용은 제한 없이, 플루오르화 유기 카르보네이트 및 플루오르화 유기 설파이트를 포함하는 플루오르화 화합물을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 일부 구체예에서, 본 방법은 적어도 하나의 불소 원자를 포함하는 제1 반응물을, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물과 반응시키는 것을 포함하고, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물은 이탈 기 L1를 포함하고:
Figure pct00025
식 20A
Figure pct00026
식 20B
여기서: 반응은 플루오르화 용매의 존재 하에서 수행되고; R1은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 및 임의로 치환된 할로헤테로아릴로부터 선택되고; 그리고 L2은 이탈 기이다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 플루오르화 알콜이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트이다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 2-플루오로에탄올, 2,2-디플루오로에탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 3-플루오로-1-프로판올, 3,3-디플루오로-1-프로판올, 3,3,3-트리플루오로-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오로-1-프로판올, 1,1,1-트리플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3-펜타플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 4,4,4-트리플루오로-1-부탄올, 및 5,5,5-트리플루오로-1-펜탄올로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 제1 반응물은 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올이다. 일부 구체예에서, L1은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L1은 할로겐 또는 -OR2 기로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R2는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트이다. 일부 구체예에서, L1은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L2은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택된다. 일부 구체예에서, L2은 할로겐 및 -OR3 기로부터 선택된다. 일부 구체예에서, R3는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트이다. 일부 구체예에서, L2은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 식 20A의 화합물은 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 클로로포르메이트는 알킬 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 클로로포르메이트는 메틸 클로로포르메이트 또는 에틸 클로로포르메이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 식 20B의 화합물은 티오닐 클로라이드이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함한다.
일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 식 10를 갖는 에테르 또는 티오에테르이고:
Figure pct00027
식 10
여기서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기이다. 일부 구체예에서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 용매는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (또는 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메톡시프로판)이다:
Figure pct00028
일부 구체예에서, 반응은 아민의 존재 하에서 수행된다. 일부 구체예에서, 아민은 알킬아민 또는 피리딘이다. 일부 구체예에서, 알킬 아민은 트리알킬아민이다. 일부 구체예에서, 아민은 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, 디메틸아미노피리딘, 2,6-루티딘, 및 N,N-디메틸아닐린으로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 -40 °C 및 약 80 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 -40 °C 및 약 70 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 0 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행된다. 일부 구체예에서, 반응은 약 10 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행된다.
본원에 기재된 바와 같이, 일부 구체예에서, 합성은 내부 온도를 35°C 미만으로 유지하기 위해 외부 냉각수로 발열 효과를 제어하면서 용매 중 플루오르화 알코올 및 트리에틸아민에 메틸 클로로포르메이트를 첨가하는 것을 포함한다. 처음에는 테트라글라임(bp 275-276 °C)을 정제를 촉진시키기 위해 사용했는데 증류 중에 이론적으로 더 낮은 끓는점 생성물이 먼저 끓어야 하기 때문이다. 그러나, 특정 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 테트라글라임의 상대적으로 높은 열용량은 발열 효과의 제어를 어렵게 만들고, 결과적으로 메틸 클로로포르메이트에 대한 추가 시간(>3시간)을 연장시키는 것으로 생각된다. 여기에 설명된 방법과 공정을 사용하면 물로 냉각하는 것이 더 효과적이며 첨가 시간이 약 1시간으로 단축된다.
본원에 기재된 바와 같이, 일부 구체예에서, 반응 후처리는 임의의 잔류 트리에틸아민을 중화하고 반응 동안 형성된 트리에틸아민 염을 염산의 묽은 용액으로 용해시키는 것을 포함한다. 특정 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 테트라글라임은 수성 급냉 및 유기 반응 성분 모두와 혼화성인 용매로, 유기상으로부터 물을 완전히 제거하는 것을 어렵게 하고, 물이 없는 유기상은 후속 증류 동안 카르보네이트 의 가수분해를 피하기 위해 중요하다. HFMOP와 같은 수불혼화성 공용매를 추가하면 이 문제가 해결된다. 일부 구체예에서, HFMOP에서 반응 자체를 수행하는 것은 2차 용매의 필요성을 없애고 단순화된 후처리를 허용한다.
본원에 기재된 바와 같이, 일부 구체예에서, 정제 단계는 대기압에서의 분별 증류에 의해 달성된다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 저비점 HFMOP(bp 50°C)는 트리글라임 및 테트라글라임과 같은 고비점 용매보다 재활용을 위해 훨씬 더 쉽게 제거되는 것으로 생각된다. 또한, HFMOP와 같은 플루오르화 에테르는 리튬 이온 배터리의 수명 사이클에 이점을 제공하는 것으로 나타났다. 따라서 특정 이론에 얽매이지 않고 최종 제품으로 전달되는 HFMOP는 이러한 화학 물질을 제조하는 데 사용되는 기존의 용매와 달리 배터리 성능을 손상시키지 않을 것으로 생각된다.
유사하게, HFMOP는 플루오르화 알킬 설파이트의 합성에 사용되었다. 반응은 -78°C에서 트리에틸아민과 플루오르화 알코올의 혼합물에 티오닐 클로라이드를 첨가하여 용매가 없는 조건에서 수행되는 것으로 이전에 보고되었다. HFMOP를 사용하여 상온에서 반응을 수행할 수 있고, 재활용을 위해 용매를 쉽게 회수할 수 있다는 사실에 의해 용매의 사용이 완화된다. 반응은 염화수소의 유리와 함께 진행되고 발열성이 높지만 플루오르화 에테르는 비-플루오르화 에테르와 달리 산에 불안정하지 않는다.
플루오르화 화합물을 포함하는 배터리 전해질
전자 장치의 급속한 발전은 연료 전지, 커패시터 및 배터리 시스템과 같은 전기화학 장치에 대한 시장 수요를 증가시켰다. 특히 전지 시스템에 대한 수요에 부응하여 실용적인 리튬 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 리튬 금속, 리튬화 탄소 또는 리튬 합금을 음극(애노드)으로 사용하는 것을 기초로 한다. 리튬 배터리는 하나 이상의 리튬 전기화학 전지로 제조된다. 이러한 전지는 전기적으로 분리되고 이격된 애노드와 캐소드 사이에 놓인 비수성 리튬 이온 전도성 전해질 조성물을 포함한다.
전기화학 전지는 하우징, 하우징 내에 배치되고 서로 이온 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 이온 전도성 경로를 제공하는 본원에 기재된 전해질 조성물, 및 애노드와 캐소드 사이의 다공성 또는 미세다공성 분리막을 포함한다. 하우징은 전기화학 전지 구성요소를 수용하기에 적합한 임의의 용기일 수 있다. 애노드 및 캐소드는 전기화학 전지의 유형에 따라 임의의 적합한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 애노드 재료의 적합한 예는 리튬 금속 리튬 금속 합금, 리튬 티타네이트, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 흑연, 전이 금속 산화물, 및 리튬화 주석 산화물을 제한 없이 포함한다. 캐소드 재료의 적합한 예는 흑연, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 리튬 또는 나트륨을 포함하는 전기활성 전이 금속 산화물, 인듐 주석 산화물, 및 폴리피롤 및 폴리비닐페로센과 같은 전도성 중합체를 제한 없이 포함한다.
다공성 분리기는 애노드와 캐소드 사이의 단락을 방지하는 역할을 한다. 다공성 분리기는 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합과 같은 미세다공성 중합체의 단일 또는 다중 플라이 시트로 구성된다. 다공성 분리기의 기공 크기는 이온의 수송을 허용할 만큼 충분히 크지만, 직접적으로 또는 애노드 및 캐소드에서 발생할 수 있는 입자 침투 또는 수지상 돌기로부터 애노드와 캐소드의 접촉을 방지하기에 충분히 작다.
한 구체예에서, 전기화학 전지는 리튬 이온 배터리의 유형이며, 이는 방전 동안 리튬 이온이 애노드에서 캐소드로 이동하고 충전 동안 캐소드에서 애노드로 이동한다. 리튬 이온 배터리에 적합한 캐소드 재료는 제한 없이 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 또는 LiV3O8과 같은 리튬을 포함하는 전기활성 전이 금속 산화물을 포함한다.
리튬 및 전이 금속을 함유하는 다양한 리튬 복합 산화물이 캐소드 재료로서 사용될 수 있다. 적절한 예는 일반식 LiMO2를 갖는 복합 산화물을 포함하며, 여기서 M은 코발트, 알루미늄, 크롬, 망간, 니켈, 철, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 구리, 아연, 인듐, 스트론튬, 란탄 및 세슘와 같은 금속 원소 또는 금속 원소의 조합일 수 있다. 또한, 활성 물질은 화학식 LiMn2-xMxO4(0 ≤ x ≤ 1)를 갖는 물질, 또는 M이 임의의 금속 원소 가령 코발트, 알루미늄, 크롬, 망간, 니켈, 철, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 구리, 아연, 인듐, 스트론튬, 란탄 및 세슘과 같은 원소의 조합일 수 있는 일반 화학식 LiMPO4를 갖는 물질로 제조될 수 있다. 배터리의 캐소드는 금속 또는 다른 전도성 요소를 포함하는 전기 전도성 부재 상에 유지될 수 있는 임의의 활성 물질을 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 본 발명의 리튬 이온 배터리의 캐소드는 Li/Li+ 기준 전극에 비해 4.0 V 초과, 바람직하게는 (그리고 선호도가 증가하는 순서대로) 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V, 4.5V, 4.25V, 4.5V, 4.6V 또는 4.75V 이상의 전위 범위에서 30 mAh/g 초과 용량을 나타내는 캐소드 활성 물질을 포함한다. 이러한 양극의 일례는 캐소드 양극 활성 물질로서 스피넬 구조를 갖는 리튬 함유 망간 복합 산화물을 포함하는 안정화된 망간 캐소드이다. 본 명세서에 사용된 캐소드의 리튬 함유 망간 복합 산화물은 화학식 LixNixMzMn2-y-zO4-d의 산화물을 포함하며, 여기서 x는 0.03 내지 1.0이고; x는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화하고; y는 0.3 내지 0.6이고; M은 Cr, Fe, Co, Al, Ga, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, Zn, V 및 Cu 중 하나 이상을 포함하고; z는 0.01~0.18, d는 0~0.3이다. 한 구체예에서, 상기 화학식에서, y는 0.38 내지 0.48이고, z는 0.03 내지 0.12이고, d는 0 내지 0.1이다. 한 구체예에서, 상기 화학식에서, M은 Li, Cr, Fe, Co, 및 Ga 중 하나 이상이다. 안정화된 망간 캐소드는 미국 특허 제7,303,840호에 기재된 바와 같이 망간-함유 스피넬 성분 및 리튬이 풍부한 적층 구조를 함유하는 스피넬-층 복합물을 또한 포함할 수 있다.
캐소드 활성 물질은 Liu et al(J. Phys. Chem., C 13:15073-15079, 2009)에 의해 기술된 수산화물 전구체 방법과 같은 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 그 방법에서, 수산화물 전구체는 KOH의 첨가에 의해 필요한 양의 망간, 니켈 및 기타 원하는 금속(들) 아세테이트를 함유하는 용액으로부터 침전된다. 생성된 침전물을 오븐에서 건조한 다음 필요한 양의 LiOH·H2O로 약 800~950°C의 산소에서 3~24시간 동안 소성하다. 대안적으로, 캐소드 활성 물질은 제5,738,957호(아민)호에 기재된 바와 같이 고상 반응 공정 또는 졸-겔 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
캐소드 활성 물질이 함유된 캐소드는 유효량의 캐소드 활성 물질(예: 약 70wt% 내지 약 97wt%), 폴리비닐리덴 디플루오라이드 및 전도성 탄소를 N-메틸피롤리돈과 같은 적합한 용매에 용해하여 페이스트를 생성한 다음, 이를 알루미늄 호일과 같은 집전체 상에 코팅하고 건조하여 캐소드를 형성한다.
리튬 이온 배터리는 리튬 이온을 저장 및 방출할 수 있는 애노드 활성 물질을 포함하는 애노드를 추가로 포함한다. 적합한 애노드 활성 물질의 예는 리튬-알루미늄 합금, 리튬-납 합금, 리튬-실리콘 합금, 리튬-주석 합금 등과 같은 리튬 합금; 흑연 및 메조카본 마이크로비드(MCMB)와 같은 탄소 재료; 흑린, MnP4 및 CoP3; 금속 산화물 가령 SnO2, SnO 및 TiO2; 및 리튬 티타네이트 가령 Li4Ti5O12 및 LiTi2O4을 들 수 있다. 한 구체예에서, 애노드 활성 물질은 리튬 티타네이트 또는 흑연이다. 애노드는 캐소드에 대해 상술한 것과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있는데, 예를 들어 비닐 플루오라이드계 공중합체와 같은 결합제를 유기 용매 또는 물에 용해 또는 분산시킨 다음 활성, 전도성 물질과 혼합하여 페이스트를 얻는다. 페이스트는 금속 호일, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 호일에 코팅되어 집전체로 사용된다. 페이스트는 바람직하게는 열로 건조되어 활성 물질이 집전체에 결합된다. 적합한 애노드 활성 물질 및 애노드는 Hitachi NEI Inc.(Somerset, NJ) 및 Farasis Energy Inc.(Hayward, CA)와 같은 회사에서 상업적으로 입수할 수 있다.
본 발명의 리튬 이온 배터리는 또한 애노드와 캐소드 사이에 다공성 분리기를 포함한다. 다공성 분리기는 애노드와 캐소드 사이의 단락을 방지하는 역할을 한다. 다공성 분리기는 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 또는 폴리이미드, 또는 이들의 조합과 같은 미세다공성 중합체의 단일 또는 다중 플라이 시트로 구성된다. 분리기는 또한 플루오르화 폴리머를 사용하여 구성할 수 있다. 다공성 분리기의 기공 크기는 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도성 접촉을 제공하기 위해 이온의 수송을 허용할 만큼 충분히 크지만, 직접적으로 또는 애노드 및 캐소드에서 발생할 수 있는 입자 침투 또는 수지상 돌기로부터 애노드와 캐소드의 접촉을 방지하기에 충분히 작다. 본 명세서에서 사용하기에 적합한 다공성 분리기의 예는 미국 특허 출원 공개 번호 2012/0149852에 개시되어 있다.
본 명세서의 리튬 이온 배터리의 하우징은 전술한 리튬 이온 배터리 구성요소를 수용하기에 적합한 임의의 용기일 수 있다. 이러한 용기는 소형 또는 대형 실린더, 각형 케이스 또는 파우치 형태로 제조될 수 있다.
본 발명의 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있는 임의의 목적 및 임의의 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 목적/장치의 비제한적인 예는 다양한 전기 동력 또는 보조된 장치 가령 운송 장치(자동차, 자동차, 트럭, 버스 또는 비행기 포함), 컴퓨터, 통신 장치, 카메라, 라디오 또는 전동 공구에서의 그리드 저장 장치 또는 전원을 포함한다.
일부 구체예에서, 전해질 조성물은 전형적으로 비수성 비양성자성 유기 전해질 용매(종종 용매 혼합물) 중 리튬 전해질 염의 액체 용액이다. 리튬 이차 전지용 전해질 용매의 선택은 최적의 배터리 성능을 위해 매우 중요하며 다양한 요인을 포함한다. 그러나 장기간 안정성, 이온 전도도, 안전성 및 습윤 능력은 대량의 상업용 응용 분야에서 가장 중요한 선택 요소인 경향이 있다.
플루오르화 화합물, 특히 에스테르, 에테르 및 카르보네이트는 전기화학 전지, 특히 리튬 배터리(1차 및 2차 모두)에서 사용되는 전해질 용액의 성분으로서 사용되어 왔다. 특정 플루오르화 화합물은 가연성 감소, 점도 감소, 습윤성 개선, 산화/환원 저항 증가 및/또는 더 긴 사이클 시간을 포함하여 비플루오르화 유사체에 비해 여러 이점을 제공할 수 있다. 이러한 이점은 약 4.0V보다 큰 전압, 특히 4.3V 이상과 같은 더 높은 전압에서 훨씬 더 뚜렷할 것으로 예상되며, 이 전압에서는 이러한 비-플루오르화 유사체와 같은 전기화학적 전위가 특히 불안정하다.
일부 구체예에서, 본 개시내용은 약 1 ppm 및 약 5,000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 에테르 또는 티오에테르를 포함하는 전해질을 포함하는 배터리를 제공한다. 이러한 양은 일반적으로 GC 또는 GC/MS 방법을 사용하여 측정할 수 있다. 일부 구체예에서, 전해질 중 플루오르화 에테르 또는 티오에테르의 양은 약 5 ppm 및 약 500 ppm 사이, 약 25 ppm 및 약 750 ppm 사이, 약 50 ppm 및 약 1,000 ppm 사이, 약 100 ppm 및 약 1,500 ppm 사이, 약 250 ppm 및 약 2,500 ppm 사이, 또는 약 500 ppm 및 약 5,000 ppm 사이이다.
일부 구체예에서, 배터리는 재충전가능하고, 여기서 배터리는 적어도 250 사이클의 사이클 수명을 가진다. 여기에서 사용된 사이클 수명은 배터리가 원래 용량의 80%에 도달하는 데 걸리는 충전/방전 사이클의 수이다. 일부 구체예에서, 배터리는 적어도 250 사이클, 적어도 500 사이클, 적어도 750 사이클, 또는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 적어도 250 사이클, 적어도 300 사이클, 적어도 350 사이클, 적어도 400 사이클, 적어도 450 사이클, 적어도 500 사이클, 적어도 550 사이클, 적어도 600 사이클, 적어도 650 사이클, 적어도 700 사이클, 적어도 750 사이클, 적어도 800 사이클, 적어도 850 사이클, 적어도 900 사이클, 적어도 950 사이클, 적어도 1,000 사이클, 적어도 1,050 사이클, 적어도 1,100 사이클, 적어도 1,150 사이클, 적어도 1,200 사이클, 적어도 1,250 사이클, 적어도 1,300 사이클, 적어도 1,350 사이클, 적어도 1,400 사이클, 적어도 1,450 사이클, 적어도 1,500 사이클, 적어도 1,550 사이클, 적어도 1,600 사이클, 적어도 1,650 사이클, 적어도 1,700 사이클, 적어도 1,750 사이클, 적어도 1,800 사이클, 적어도 1,850 사이클, 적어도 1,900 사이클, 적어도 1,950 사이클, 적어도 2,000 사이클, 적어도 2,050 사이클, 적어도 2,100 사이클, 적어도 2,150 사이클, 적어도 2,200 사이클, 적어도 2,250 사이클, 적어도 2,300 사이클, 적어도 2,350 사이클, 적어도 2,400 사이클, 적어도 2,450 사이클, 적어도 2,500 사이클, 적어도 2,550 사이클, 적어도 2,600 사이클, 적어도 2,650 사이클, 적어도 2,700 사이클, 적어도 2,750 사이클, 적어도 2,800 사이클, 적어도 2,850 사이클, 적어도 2,900 사이클, 적어도 2,950 사이클, 또는 적어도 3,000 사이클의 사이클 수명을 가진다.
일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 식 10을 가지고:
Figure pct00029
식 10
여기서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기이다. 일부 구체예에서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (또는 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메톡시프로판)이다:
Figure pct00030
일부 구체예에서, 배터리는 알칼리 금속 이온 배터리이다. 일부 구체예에서, 배터리는 리튬 이온 배터리이다. 일부 구체예에서, 전해질은 중 하나 이상을 포함하는 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 또는 임의로 치환된 할로헤테로아릴을 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트이다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나 이상의 -CF3 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나의 또는 두 개의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 기를 포함한다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택된다. 일부 구체예에서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택된다.
다음 항목은 특정 구체예를 기술한다.
항목 1. 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트를 제조하기 위한 방법이되, 이 방법은 적어도 하나의 불소 원자를 포함하는 제1 반응물을 이탈 기 L1를 포함하는 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물과 반응시키는것을 포함하고:
Figure pct00031
식 20A
Figure pct00032
식 20B
여기서: 반응은 플루오르화 용매의 존재 하에서 수행되고; R1은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 및 임의로 치환된 할로헤테로아릴로부터 선택되고; 그리고 L2은 이탈 기임.
항목 2. 항목 1에 있어서, 제1 반응물은 플루오르화 알콜인 방법.
항목 3. 항목 1에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트인 방법.
항목 4. 항목 1에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트인 방법.
항목 5. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 제1 반응물은 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 방법.
항목 6. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 제1 반응물은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
항목 7. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 제1 반응물은 2-플루오로에탄올, 2,2-디플루오로에탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 3-플루오로-1-프로판올, 3,3-디플루오로-1-프로판올, 3,3,3-트리플루오로-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오로-1-프로판올, 1,1,1-트리플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3-펜타플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 4,4,4-트리플루오로-1-부탄올, 및 5,5,5-트리플루오로-1-펜탄올로부터 선택되는 방법.
항목 8. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 제1 반응물은 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올인 방법.
항목 9. 항목 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, L1은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택되는 방법.
항목 10. 항목 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, L1은 할로겐 또는 -OR2 기로부터 선택되는 방법.
항목 11. 항목 10에 있어서, R2는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트인 방법.
항목 12. 항목 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, L1은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택되는 방법.
항목 13. 항목 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, L2은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택되는 방법.
항목 14. 항목 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, L2은 할로겐 또는 -OR3 기로부터 선택되는 방법.
항목 15. 항목 14에 있어서, R3는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트인 방법.
항목 16. 항목 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, L2은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택되는 방법.
항목 17. 항목 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 식 20A의 화합물은 클로로포르메이트인 방법.
항목 18. 항목 17에 있어서, 클로로포르메이트는 알킬 클로로포르메이트인 방법.
항목 19. 항목 17에 있어서, 클로로포르메이트는 메틸 클로로포르메이트, 에틸 클로로포르메이트, n-프로필 클로로포르메이트, 또는 2-프로필 클로로포르메이트인 방법.
항목 20. 항목 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택되는 방법.
항목 21. 항목 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 식 20B의 화합물은 티오닐 클로라이드인 방법.
항목 22. 항목 1 내지 19, 또는 항목 21 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택되는 방법.
항목 23. 항목 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 방법.
항목 24. 항목 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
항목 25. 항목 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
항목 26. 항목 1 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 식 10를 갖는 에테르 또는 티오에테르이고:
Figure pct00033
식 10
여기서 X는 O 또는 S, R4은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기인 방법.
항목 27. 항목 26에 있어서, R4은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기인 방법.
항목 28. 항목 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 방법.
항목 28'. 항목 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 용매는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르인 방법.
항목 29. 항목 1 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 반응은 아민의 존재 하에서 수행되는 방법.
항목 30. 항목 29에 있어서, 아민은 알킬아민 또는 피리딘인 방법.
항목 31. 항목 30에 있어서, 알킬 아민은 트리알킬아민인 방법.
항목 32. 항목 29에 있어서, 아민은 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, 디메틸아미노피리딘, 2,6-루티딘, 및 N,N-디메틸아닐린으로부터 선택되는 방법.
항목 33. 항목 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 반응은 약 -40 °C 및 약 80 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
항목 34. 항목 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 반응은 약 -40 °C 및 약 70 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
항목 35. 항목 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 반응은 약 0 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
항목 36. 항목 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 반응은 약 10 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
항목 37. 또한 용매 성분을 포함하는 전해질을 포함하는 배터리, 여기서 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 60% 사이의 양으로 불소화된 화합물을 포함하고, 여기서 불소화된 화합물은 식 I, 식 II(a), 식 II(b), 식 III, 또는 식 IV 중 어느 하나를 가지고:
Figure pct00034
식 I
Figure pct00035
식 II(a)
Figure pct00036
식 II(b)
Figure pct00037
식 III
Figure pct00038
식 IV
여기서 R10 및 R20는 C1-C6 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬, 완전 또는 부분 플루오르화 사이클로알킬, 및 완전 또는 부분 플루오르화 아릴로부터 독립적으로 선택됨.
항목 38. 항목 37에 있어서, R20은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬인 배터리.
항목 39. 항목 37에 있어서, R20은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 40. 항목 37에 있어서, R20은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 41. 항목 37에 있어서, R20은 트리플루오로에틸 또는 헥사플루오로이소프로필로부터 선택되는 배터리.
항목 42. 항목 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, R10은 메틸, 에틸, n-프로필, 및 2-프로필로부터 선택되는 배터리.
항목 43. 항목 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, R10은 완전 또는 부분 플루오르화 메틸, 완전 또는 부분 플루오르화 에틸, 완전 또는 부분 플루오르화 n-프로필, 및 완전 또는 부분 플루오르화 2-프로필로부터 선택되는 배터리.
항목 44. 항목 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, R10은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 45. 항목 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, R10은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 46. 항목 37에 있어서, R10 및 R20는 동일한 배터리.
항목 47. 항목 37에 있어서, 식 IV의 화합물은 식 400, 식 401, 식 402, 또는 식 403 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
Figure pct00039
식 400
Figure pct00040
식 401
Figure pct00041
식 402
Figure pct00042
식 403.
항목 48. 항목 37에 있어서, 식 I의 화합물은 식 100, 식 101, 식 102, 또는 식 103 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
Figure pct00043
식 100
Figure pct00044
식 101
Figure pct00045
식 102
Figure pct00046
식 103.
항목 49. 항목 37에 있어서, 식 II(a)의 화합물은 식 200, 식 201, 식 202, 또는 식 203 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
Figure pct00047
식 200
Figure pct00048
식 201
Figure pct00049
식 202
Figure pct00050
식 203.
항목 50. 항목 37에 있어서, 식 III의 화합물은 식 300 또는 식 301 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
Figure pct00051
식 300
Figure pct00052
식 301.
항목 51. 항목 37에 있어서, 플루오르화 화합물은 식 10의 에테르 또는 티오에테르인 배터리:
Figure pct00053
식 10
여기서 식 10에서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기임.
항목 52. 항목 51에 있어서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고, R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기인 배터리.
항목 53. 항목 51 또는 52 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
항목 54. 항목 51 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 55. 항목 51 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 56. 항목 51 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
항목 57. 항목 51 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르인 배터리.
항목 58. 항목 37 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 5000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 100 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 100 ppm 및 약 500 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 500 ppm 및 약 1000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1000 ppm 및 약 2000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 2000 ppm 및 약 3000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 3000 ppm 및 약 4000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 4000 ppm 및 약 5000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 5000 ppm 및 약 7500 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 7500 ppm 및 약 10000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다.
항목 59. 항목 37 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 용매 성분은 약 0.0001% 및 약 5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.0001% 및 약 10% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.0001% 및 약 15% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.001% 및 약 0.01% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.01% 및 약 0.1% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.1% 및 약 1% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1% 및 약 2% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 2% 및 약 3% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 3% 및 약 4% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 4% 및 약 5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 5% 및 약 6% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 6% 및 약 7% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 7% 및 약 8% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 8% 및 약 9% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 9% 및 약 10% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 10% 및 약 20% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 10% 및 약 30% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 30% 및 약 40% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 40% 및 약 50% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 50% 및 약 60% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다.
항목 60. 항목 37 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 용매 성분은 약 0.1% 및 약 2% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.1% 및 약 0.5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 0.5% 및 약 1% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1% 및 약 1.5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 1.5% 및 약 2% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 2% 및 약 2.5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 2.5% 및 약 3% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 3% 및 약 3.5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 3.5% 및 약 4% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 4% 및 약 4.5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 약 4.5% 및 약 5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함한다.
항목 61. 항목 37 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 전해질은 비-수성 전해질이고, 여기서 용매 성분은 부분 플루오르화 유기 카르보네이트 및 비-플루오르화 유기 카르보네이트 중 하나 이상을 추가로 포함하는 배터리.
항목 62. 항목 58에 있어서, 비-플루오르화 카르보네이트는 EC (에틸렌 카르보네이트), EMC (에틸 메틸 카르보네이트), DEC (디에틸 카르보네이트), DMC (디메틸 카르보네이트), PC (프로필렌 카르보네이트), 및 VC (비닐렌 카르보네이트 및/또는 비닐리덴 카르보네이트) 중 하나 이상을 포함하는 배터리.
항목 63. 항목 62에 있어서, 용매 성분 내 VC의 양 약 0.001% 및 약 2%은 사이인 배터리. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.001% 및 약 0.01% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.01% 및 약 0.1% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.1% 및 약 0.5% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.5% 및 약 1% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 1% 및 약 2% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 2% 및 약 3% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 3% 및 약 4% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 4% 및 약 5% 사이이다.
항목 64. 항목 61에 있어서, 부분 플루오르화 카르보네이트는 FEC (플루오로에틸렌 카르보네이트)를 포함하고, 여기서 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.001% 및 약 10% 사이인 배터리. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.001% 및 약 15%.사이이다 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 1% 및 약 25% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01%% 및 약 10% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 1% 및 약 10% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01% 및 약 9% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01% 및 약 8% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01% 및 약 7% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01% 및 약 6% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.01% 및 약 5% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 5% 및 약 10% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 10% 및 약 15% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 15% 및 약 20% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분 내 FEC의 양은 약 20% 및 약 25% 사이이다. 일부 구체예에서, 용매 성분은 FEC를 포함하지 않는다.
항목 65. 항목 37 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 전해질은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 또는 임의로 치환된 할로헤테로아릴 중 하나 이상을 포함하는 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트를 추가로 포함하는 배터리.
항목 66. 항목 65에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트인 배터리.
항목 67. 항목 65에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트인 배터리.
항목 68. 65 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
항목 69. 65 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
항목 70. 65 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
항목 71. 65 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나의 또는 두 개의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 기를 포함하는 배터리.
항목 72. 항목 65에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택되는 배터리.
항목 73. 항목 65에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택되는 배터리.
항목 74. 항목 37 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 여기서 전해질은 알칼리 염을 추가로 포함하는 배터리.
항목 75. 항목 74에 있어서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M 및 약 1.5 M사이인 배터리.
항목 76. 항목 74에 있어서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M, 약 1.1 M, 약 1.2 M, 약 1.3 M, 약 1.4 M, 또는 약 1.5 M인 배터리. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 0.5 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 0.6 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 0.7 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 0.8 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 0.9 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.1 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.2 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.3 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.4 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.5 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.6 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.7 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.8 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 1.9 M이다. 일부 구체예에서, 알칼리 염의 농도는 약 2 M이다.
항목 77. 항목 74 내지 76 중 어느 하나에 있어서, 알칼리 염은 리튬 염인 배터리.
항목 78. 항목 77에 있어서, 리튬 염은 LiPF6인 배터리. 일부 구체예에서, 리튬 염은 LiFSI (리튬 비스(플루오로설포닐) 이미드이다. 일부 구체예에서, 리튬 염은 LiTFSI (리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드이다. 일부 구체예에서, 리튬 염은 LiBOB (리튬 비스(옥살레이토) 보레이트이다.
항목 79. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 니켈, 망간, 및 코발트로부터 선택된 금속을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 캐소드는 전이 금속을 포함한다.
항목 80. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 약 70% 및 약 90% 사이의 니켈을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 65% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 66% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 67% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 68% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 69% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 70% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 71% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 72% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 73% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 74% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 75% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 76% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 77% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 78% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 79% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 80% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 81% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 82% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 83% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 84% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 85% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 86% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 87% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 88% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 89% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 90% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 91% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 92% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 93% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 94% 니켈을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 95% 니켈을 포함한다.
항목 81. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 망간을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 1% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 2% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 3% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 4% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 5% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 6% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 7% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 8% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 9% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 10% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 11% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 12% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 13% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 14% 망간을 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 15% 망간을 포함한다.
항목 82. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 코발트를 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 1% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 2% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 3% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 4% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 5% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 6% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 7% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 8% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 9% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 10% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 11% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 12% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 13% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 14% 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 15% 코발트를 포함한다.
항목 83. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 약 80% 니켈, 약 10% 망간, 및 약 10% 코발트를 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 80% 니켈, 약 1% 및 약 10% 사이의 망간, 및 약 10% 및 약 1% 사이의 코발트를 포함한다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 65% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 66% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 67% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 68% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 69% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 70% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 71% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 72% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 73% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 74% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 75% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 76% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 77% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 78% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 79% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 80% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 81% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 82% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 83% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 84% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 85% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 86% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 87% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 88% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 89% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 90% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 91% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 92% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 93% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 94% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 95% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다. 일부 구체예에서, 캐소드는 약 96% 내지 99% 니켈을 포함하고, 코발트에 대한 망간의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:99 범위이다.
항목 84. 항목 37 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 캐소드는 약 90% 니켈, 약 5% 망간, 및 약 5% 코발트를 포함하는 배터리.
항목 85. 항목 37 내지 84 중 어느 하나에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 75% 사이의 규소를 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 애노드는 약 1% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 3% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 4% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 6% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 7% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 8% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 9% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 11% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 12% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 13% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 14% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 16% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 17% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 18% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 19% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 21% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 22% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 23% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 24% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 26% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 27% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 28% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 29% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 31% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 32% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 33% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 34% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 36% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 37% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 38% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 39% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 및 약 10% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 및 약 15% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 및 약 20% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 및 약 25% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 및 약 30% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 및 약 35% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 및 약 40% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 및 약 45% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 45% 및 약 50% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 50% 및 약 55% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 55% 및 약 60% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 60% 및 약 65% 사이의 규소를 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 65% 및 약 70% 사이의 규소를 포함한다.
항목 86. 항목 37 내지 84 중 어느 하나에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 75% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 애노드는 약 1% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 3% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 4% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 6% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 7% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 8% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 9% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 11% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 12% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 13% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 14% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 16% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 17% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 18% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 19% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 21% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 22% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 23% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 24% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 26% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 27% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 28% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 29% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 31% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 32% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 33% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 34% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 36% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 37% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 38% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 39% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 및 약 10% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 및 약 15% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 및 약 20% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 및 약 25% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 및 약 30% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 및 약 35% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 및 약 40% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 및 약 45% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 45% 및 약 50% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 50% 및 약 55% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 55% 및 약 60% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 60% 및 약 65% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 65% 및 약 70% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 70% 및 약 75% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함한다.
항목 87. 항목 37 내지 84 중 어느 하나에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 75% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함하는 배터리. 일부 구체예에서, 애노드는 약 1% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 2% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 3% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 4% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 6% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 7% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 8% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 9% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 11% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 12% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 13% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 14% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 16% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 17% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 18% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 19% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 21% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 22% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 23% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 24% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 26% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 27% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 28% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 29% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 31% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 32% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 33% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 34% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 36% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 37% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 38% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 39% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 5% 및 약 10% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 10% 및 약 15% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 15% 및 약 20% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 20% 및 약 25% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 25% 및 약 30% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 30% 및 약 35% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 35% 및 약 40% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 40% 및 약 45% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 45% 및 약 50% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 50% 및 약 55% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 55% 및 약 60% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 60% 및 약 65% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 65% 및 약 70% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 애노드는 약 70% 및 약 75% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함한다.
항목 88. 항목 37 내지 87 중 어느 하나에 있어서, 배터리는 재충전가능하고, 여기서 배터리는 약 150 및 약 500 사이클 사이의 사이클 수명을 가지는 배터리. 일부 구체예에서, 배터리는 약 150 및 약 200 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 200 및 약 250 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 250 및 약 300 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 300 및 약 350 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 350 및 약 400 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 400 및 약 450 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 450 및 약 500 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 500 및 약 550 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 550 및 약 600 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 600 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다. 일부 구체예에서, 배터리는 약 및 약 사이클 사이의 사이클 수명을 가진다.
항목 89. 항목 88에 있어서, 배터리는 적어도 200 사이클의 사이클 수명을 가지는 배터리.
항목 90. 항목 88에 있어서, 배터리는 적어도 250 사이클의 사이클 수명을 가지는 배터리.
실시예
본 명세서에 포함된 실시예는 이제 하기 실시예를 참조하여 설명된다. 이러한 예는 단지 예시의 목적으로 제공되며 여기서 포함된 개시 내용은 이러한 예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 여기서 제공된 교시의 결과로 명백해지는 임의의 모든 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
실시예 1: 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카르보네이트의 합성
기계적 교반기 및 첨가 깔때기가 장착된 냉각수 재킷형 2L 3구 플라스크에 2,2,2-트리플루오로에탄올 (150 g, 1.50 mol), 메틸 클로로포르메이트 (146 g, 1.55 mol) 및 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (470 g)를 충전했다. 내부 온도를 30°C 미만으로 유지하도록 트리에틸아민(157g, 1.55mol)을 천천히 첨가하였다(총 첨가 시간 1.5시간). 2시간 후, GC는 출발 알코올의 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카보네이트로의 96.1% 전환을 나타내었다.
실시예 2: 메틸 1,1,1-트리플루오로이소프로필 카르보네이트의 합성
기계적 교반기 및 첨가 깔때기가 장착된 냉각수 재킷형 1L 3구 플라스크에 1,1,1-트리플루오로-2-프로판올 (114 g, 1.00 mol), 메틸 클로로포르메이트 (94 g, 1.0 mol) 및 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (200 mL)를 충전했다. 내부 온도를 30°C 미만으로 유지하도록 트리에틸아민(102 g, 1.00 mol )을 천천히 첨가하였다(총 첨가 시간 2시간). 2시간 후, GC는 출발 알코올의 메틸 1,1,1-트리플루오로이소프로필 카르보네이트로의 96.4% 전환을 나타내었다.
실시예 3: 메틸 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 카르보네이트의 합성
기계적 교반기 및 첨가 깔때기가 장착된 냉각수 재킷형 2L 3구 플라스크에 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올 (252 g, 1.50 mol), 메틸 클로로포르메이트 (146 g, 1.55 mol) 및 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (470 g)를 충전했다. 내부 온도를 30°C 미만으로 유지하도록 트리에틸아민(157g, 1.55mol)을 천천히 첨가하였다(총 첨가 시간 1.5시간). 2시간 후, GC는 출발 알코올의 메틸 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 카르보네이트로의 98.6% 전환을 나타내었다.
실시예 4: 비스(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트의 합성
헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르 (1.0 kg) 내 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올 (336 g, 2.00 mol) 및 트리에틸아민 (203 g, 2.00 mol)에 내부 온도를 15 °C 아래로 유지하면서 티오닐 클로라이드 (73 mL, 1.0 mol)를 한방울씩 첨가하였다 (총부가시간 1 h) 2시간 후, GC는 출발 알코올의 비스(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트의 90.6% 전환을 나타내었다.
실시예 4: 규소 복합물 애노드 연구 - FEC/FEC 조합 비교
재료: 캐소드: NMC 811; 애노드: Si-흑연 복합물, 10% 비정질 Si; 기준치 전해질: 88% 에틸렌 카르보네이트 / 에틸 메틸 카르보네이트 (EC/EMC 3:7), 10% FEC, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트)를 포함하는 용매 내 1.2 M LiPF6.
사이클 수명 테스트: 테스트 비히클: 단층 파우치 전지. 테스트 프로토콜: 1C에서 4.4V로 충전하고 1C에서 3.0V로 방전(전극 부하: 1.26 mAh/cm2 및 1.90 mAh/cm2).
도 1는 트리플루오로에틸-메틸 카르보네이트 (F3EMC)를 포함하는 전해질을 사용함으로써, 플루오로 에틸렌 카르보네이트 (FEC)를 포함하는 전해질에 비해 고온 규소 애노드 배터리에서의 성능 향상을 도시한다 - F3EMC 및 FEC/F3EMC의 조합은 FEC 단독을 능가한다 (F3EMC는 카르보네이트 CF3CH2OC(O)OCH3; 1C/-1C 사이클링 4.40 - 3.00 V; 전지 유형 - 파우치 전지 사이클링 (@ 45 °C) - 4.40 V 내지 3.00 V, 캐소드 - NMC 811, 애노드 10% 규소 복합물).
범례:
Figure pct00054
88% EC/EMC (3:7), 10% FEC, 및 2% VC 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00055
88% EC/EMC (3:7), 3% FEC, 7% F3EMC, 및 2% VC 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00056
88% EC/EMC (3:7), 10% F3EMC, 및 2% VC 내 1.2 M LiPF6 용액
도 2는 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르를 포함하는 전해질을 사용함으로써, FEC를 포함하는 전해질에 비해 고온 규소 애노드 배터리에서의 성능 향상을 도시한다 - FEC/ 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르의 조합은 FEC 단독을 능가한다 (트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르는 CF3CH2OC(O)CH3; 1C/-1C 사이클링 4.40 - 3.00 V; 전지 유형 - 파우치 전지 사이클링 (@ 45 °C) - 4.40 V 내지 3.00 V, 캐소드 - NMC 811, 애노드 10% 규소 복합물).
범례:
Figure pct00057
88% EC/EMC (3:7), 10% FEC, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00058
83% EC/EMC (3:7), 5% FEC, 10% 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00059
88% EC/EMC (3:7), 3% FEC, 7% 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
도 3는 헥사플루오로-2-메톡시프로판 (헥사플루오로-2-프로필 메틸 에테르)를 포함하는 전해질을 사용함으로써, 플루오로 에틸렌 카르보네이트 (FEC)를 포함하는 전해질에 비해 고온 규소 애노드 배터리에서의 성능 향상을 도시한다 - FEC 없이 또는 이와 조합된 헥사플루오로-2-메톡시프로판은 FEC 단독을 > 80% 만큼 능가한다 (헥사플루오로-2-메톡시프로판은 (CF3)2CHOCH3; 1C/-1C 사이클링 4.40 - 3.00 V; 전지 유형 - 파우치 전지 사이클링 (@ 45 °C) - 4.40 V 내지 3.00 V, 캐소드 - NMC 811, 애노드 10% 규소 복합물).
범례:
Figure pct00060
88% EC/EMC (3:7), 10% FEC, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00061
88% EC/EMC (3:7), 3% FEC, 7% 헥사플루오로-2-메톡시프로판, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
Figure pct00062
88% EC/EMC (3:7), 10% 헥사플루오로-2-메톡시프로판, 및 2% VC (비닐렌 카르보네이트) 내 1.2 M LiPF6 용액
특정 이론에 얽매이지 않고, 일부 구체예에서, 헥사플루오로-2-메톡시프로판이 F3EMC를 능가하고, 이는 FEC를 능가하는 트리플루오로에틸 아세테이트 에스테르를 능가하는 것으로 보인다.
본 개시가 속하는 기술의 상태를 설명하기 위해 다수의 특허 및 비특허 간행물이 여기에서 인용된다. 이들 간행물 각각의 전체 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시내용의 특정 구체예가 위에서 설명 및/또는 예시되었지만, 다양한 다른 구체예가 전술한 개시내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 설명 및/또는 예시된 특정 구체예에 제한되지 않고, 첨부된 청구범위의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 상당한 변형 및 수정이 가능하다.

Claims (90)

  1. 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트를 제조하기 위한 방법이되, 이 방법은 적어도 하나의 불소 원자를 포함하는 제1 반응물을, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물과 반응시키는 것을 포함하고, 식 20A 또는 식 20B의 제2 반응물은 이탈 기 L1를 포함하고:
    Figure pct00063

    식 20A
    Figure pct00064

    식 20B
    여기서: 반응은 플루오르화 용매의 존재 하에서 수행되고; R1은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 및 임의로 치환된 할로헤테로아릴로부터 선택되고; 그리고 L2은 이탈 기임.
  2. 제1항에 있어서, 제1 반응물은 플루오르화 알콜인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트인 방법.
  5. 제1 내지4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응물은 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 방법.
  6. 제1 내지4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응물은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
  7. 제1 내지4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응물은 2-플루오로에탄올, 2,2-디플루오로에탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 3-플루오로-1-프로판올, 3,3-디플루오로-1-프로판올, 3,3,3-트리플루오로-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오로-1-프로판올, 1,1,1-트리플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3-펜타플루오로-2-프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 4,4,4-트리플루오로-1-부탄올, 및 5,5,5-트리플루오로-1-펜탄올로부터 선택되는 방법.
  8. 제1 내지4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응물은 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올인 방법.
  9. 제1 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, L1은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택되는 방법.
  10. 제 1 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, L1은 할로겐 또는 -OR2 기로부터 선택되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, R2는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트인 방법.
  12. 제1 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, L1은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택되는 방법.
  13. 제1 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서, L2은 퍼플루오로알킬설포네이트, 토실레이트, 메실레이트, 할로겐, 니트레이트, 포스페이트, 티오에테르, 아민, 카복실레이트, 페녹사이드, 알콕사이드, 및 아미드로부터 선택되는 방법.
  14. 제1 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서, L2은 할로겐 또는 -OR3 기로부터 선택되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, R3는 알킬 설페이트 또는 아릴 설페이트인 방법.
  16. 제1 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서, L2은 염소, 요오드, 및 브롬으로부터 선택되는 방법.
  17. 제1 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 식 20A의 화합물은 클로로포르메이트인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 클로로포르메이트는 알킬 클로로포르메이트인 방법.
  19. 제17항에 있어서, 클로로포르메이트는 메틸 클로로포르메이트, 에틸 클로로포르메이트, n-프로필 클로로포르메이트, 또는 2-프로필 클로로포르메이트인 방법.
  20. 제1 내지 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택되는 방법.
  21. 제 1 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 식 20B의 화합물은 티오닐 클로라이드인 방법.
  22. 제 1 내지 19, 또는 21항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택되는 방법.
  23. 제 1 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 용매는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 방법.
  24. 제 1 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 용매는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
  25. 제1 내지 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 용매는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함하는 방법.
  26. 제1 내지 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 용매는 식 10를 갖는 에테르 또는 티오에테르이고:
    Figure pct00065

    식 10
    여기서 X는 O 또는 S, R4은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기인 방법.
  27. 제26 항에 있어서, R4은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기인 방법.
  28. 제 1 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 용매는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하고, 또는 여기서 플루오르화 용매는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르인 방법.
  29. 제 1 내지 28항 중 어느 한 항에 있어서, 반응은 아민의 존재 하에서 수행되는 방법.
  30. 제29 항에 있어서, 아민은 알킬아민 또는 피리딘인 방법.
  31. 제30 항에 있어서, 알킬 아민은 트리알킬아민인 방법.
  32. 제 29항에 있어서, 아민은 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, 디메틸아미노피리딘, 2,6-루티딘, 및 N,N-디메틸아닐린으로부터 선택되는 방법.
  33. 제1 내지 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응은 약 -40 °C 및 약 80 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
  34. 제1 내지 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응은 약 -40 °C 및 약 70 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
  35. 제1 내지 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응은 약 0 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
  36. 제1 내지 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응은 약 10 °C 및 약 35 °C 사이의 온도에서 수행되는 방법.
  37. 용매 성분을 포함하는 전해질을 포함하는 배터리, 여기서 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 60% 사이의 양으로 불소화된 화합물을 포함하고, 여기서 불소화된 화합물은 식 I, 식 II(a), 식 II(b), 식 III, 또는 식 IV 중 어느 하나를 가지고:
    Figure pct00066

    식 I
    Figure pct00067

    식 II(a)
    Figure pct00068

    식 II(b)
    Figure pct00069

    식 III
    Figure pct00070

    식 IV
    여기서 R10 및 R20는 C1-C6 알킬, C1-C8 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬, 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C8 알킬, 완전 또는 부분 플루오르화 사이클로알킬, 및 완전 또는 부분 플루오르화 아릴로부터 독립적으로 선택됨.
  38. 제37항에 있어서, R20은 완전 또는 부분 플루오르화 C1-C6 알킬인 배터리.
  39. 제37항에 있어서, R20은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  40. 제37항에 있어서, R20은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  41. 제37항에 있어서, R20은 트리플루오로에틸 또는 헥사플루오로이소프로필로부터 선택되는 배터리.
  42. 제37 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, R10은 메틸, 에틸, n-프로필, 및 2-프로필로부터 선택되는 배터리.
  43. 제37 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, R10은 완전 또는 부분 플루오르화 메틸, 완전 또는 부분 플루오르화 에틸, 완전 또는 부분 플루오르화 n-프로필, 및 완전 또는 부분 플루오르화 2-프로필로부터 선택되는 배터리.
  44. 제37 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, R10은 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  45. 제37 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, R10은 하나 내지 세 개의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  46. 제37항에 있어서, R10 및 R20는 동일한 배터리.
  47. 제37항에 있어서, 식 IV의 화합물은 식 400, 식 401, 식 402, 또는 식 403 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
    Figure pct00071

    식 400
    Figure pct00072

    식 401
    Figure pct00073

    식 402
    Figure pct00074

    식 403.
  48. 제37항에 있어서, 식 I의 화합물은 식 100, 식 101, 식 102, 또는 식 103 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
    Figure pct00075

    식 100
    Figure pct00076

    식 101
    Figure pct00077

    식 102
    Figure pct00078

    식 103.
  49. 제37항에 있어서, 식 II(a)의 화합물은 식 200, 식 201, 식 202, 또는 식 203 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
    Figure pct00079

    식 200
    Figure pct00080

    식 201
    Figure pct00081

    식 202
    Figure pct00082

    식 203.
  50. 제37항에 있어서, 식 III의 화합물은 식 300 또는 식 301 중 어느 하나의 화합물인 배터리:
    Figure pct00083

    식 300
    Figure pct00084

    식 301.
  51. 제37항에 있어서, 플루오르화 화합물은 식 10의 에테르 또는 티오에테르이고:
    Figure pct00085

    식 10
    여기서 식 10에서 X는 O 또는 S, R4은 부분 플루오르화 C1-C8 알킬 기이고; R5는 임의로 플루오르화 C1-C8 알킬 기인 배터리.
  52. 제 51항에 있어서, R4은 부분 플루오르화 C1-C4 알킬 기이고, R5는 임의로 플루오르화 C1-C4 알킬 기인 배터리.
  53. 제 51 또는 52항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
  54. 제51 내지 53 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  55. 제 51 내지 53항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 두 개 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  56. 제 51 내지 55항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
  57. 제 51 내지 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 에테르 또는 티오에테르는 헥사플루오로이소프로필 메틸 에테르인 배터리.
  58. 제 37 내지 57항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 성분은 약 1 ppm 및 약 5000 ppm 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리.
  59. 제 37 내지 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 성분은 약 0.0001% 및 약 5% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리.
  60. 제37 내지 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 성분은 약 0.1% 및 약 2% 사이의 양으로 플루오르화 화합물을 포함하는 배터리.
  61. 제37 내지 60 항 중 어느 한 항에 있어서, 전해질은 비-수성 전해질이고, 여기서 용매 성분은 부분 플루오르화 유기 카르보네이트 및 비-플루오르화 유기 카르보네이트 중 하나 이상을 추가로 포함하는 배터리.
  62. 제 61항에 있어서, 비-플루오르화 카르보네이트는 EC (에틸렌 카르보네이트), EMC (에틸 메틸 카르보네이트), DEC (디에틸 카르보네이트), DMC (디메틸 카르보네이트), PC (프로필렌 카르보네이트), 및 VC (비닐렌 카르보네이트 및/또는 비닐리덴 카르보네이트) 중 하나 이상을 포함하는 배터리.
  63. 제 62항에 있어서, 용매 성분 내 VC의 양은 약 0.001% 및 약 2% 사이인 배터리.
  64. 제61 항에 있어서, 부분 플루오르화 카르보네이트는 FEC (플루오로에틸렌 카르보네이트)를 포함하고, 여기서 용매 성분 내 FEC의 양은 약 0.001% 및 약 10% 사이인 배터리.
  65. 제 37 내지 60항 중 어느 한 항에 있어서, 전해질은 임의로 치환된 알킬, 임의로 치환된 할로알킬, 임의로 치환된 알케닐, 임의로 치환된 할로알케닐, 임의로 치환된 알키닐, 임의로 치환된 할로알키닐, 임의로 치환된 아릴, 임의로 치환된 할로아릴, 임의로 치환된 헤테로아릴, 또는 임의로 치환된 할로헤테로아릴 중 하나 이상을 포함하는 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트를 추가로 포함하는 배터리.
  66. 제 65 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 플루오르화 디알킬 카르보네이트인 배터리.
  67. 제 65항에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 플루오르화 디알킬 설파이트인 배터리.
  68. 제 65 내지 67항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 -CF3, -CHF2, -CH2F, -CHF-, 및 -CF2-로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
  69. 제 65 내지 67항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나 이상의 -CF3 기를 포함하는 배터리.
  70. 제 65 내지 67 항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 2,2,2-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리플루오로이소프로필, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 3,3-디플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 4,4,4-트리플루오로부틸, 1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필, 및 5,5,5-트리플루오로펜틸로부터 선택된 하나 이상의 기를 포함하는 배터리.
  71. 제 65 내지 67항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트 또는 플루오르화 유기 설파이트는 하나의 또는 두 개의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 기를 포함하는 배터리.
  72. 제 65 항에 있어서, 플루오르화 유기 카르보네이트는 메틸 (2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1-트리플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2-플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트, 메틸 (3-플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (3,3-디플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필) 카르보네이트, 메틸 (4,4,4-트리플루오로부틸) 카르보네이트, 메틸 (1,1,1,3,3-펜타플루오로이소프로필) 카르보네이트, 및 메틸 (5,5,5-트리플루오로펜틸) 카르보네이트로부터 선택되는 배터리.
  73. 제 65항에 있어서, 플루오르화 유기 설파이트는 비스-(2,2,2-트리플루오로에틸) 설파이트, 비스-(1,1,1-트리플루오로이소프로필) 설파이트, 및 비스-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필) 설파이트로부터 선택되는 배터리.
  74. 제37 내지 73 항 중 어느 한 항에 있어서, 전해질은 알칼리 염을 추가로 포함하는 배터리.
  75. 제 74항에 있어서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M 및 약 1.5 M사이인 배터리.
  76. 제 74항에 있어서, 알칼리 염은 용매 성분 내 용해되고, 여기서 알칼리 염의 농도는 약 1 M, 약 1.1 M, 약 1.2 M, 약 1.3 M, 약 1.4 M, 또는 약 1.5 M인 배터리.
  77. 제74 내지 76 항 중 어느 한 항에 있어서, 알칼리 염은 리튬 염인 배터리.
  78. 제 77항에 있어서, 리튬 염은 LiPF6인 배터리.
  79. 제 37 내지 78항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 니켈, 망간, 및 코발트로부터 선택된 금속을 포함하는 배터리.
  80. 제37 내지 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 약 70% 및 약 90% 사이의 니켈을 포함하는 배터리.
  81. 제 37 내지 78항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 망간을 포함하는 배터리.
  82. 제37 내지 78항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 약 1% 및 약 15% 사이의 코발트를 포함하는 배터리.
  83. 제37 내지 78항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 약 80% 니켈, 약 10% 망간, 및 약 10% 코발트를 포함하는 배터리.
  84. 제37 내지 78항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 약 90% 니켈, 약 5% 망간, 및 약 5% 코발트를 포함하는 배터리.
  85. 제37 내지 84항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 75% 사이의 규소를 포함하는 배터리.
  86. 제37 내지 84항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 70% 사이의 규소 산화물 흑연 복합물을 포함하는 배터리.
  87. 제37 내지 84항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드는 약 2% 및 약 70% 사이의 비정질 규소 흑연 복합물을 포함하는 배터리.
  88. 제 37 내지 87항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리는 재충전가능하고, 여기서 배터리는 약 150 및 약 500 사이클 사이의 사이클 수명을 가지는 배터리.
  89. 제 88항에 있어서, 배터리는 적어도 200 사이클의 사이클 수명을 가지는 배터리.
  90. 제 88항에 있어서, 배터리는 적어도 250 사이클의 사이클 수명을 가지는 배터리.
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