KR20220078598A - 조성물 - Google Patents

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KR20220078598A
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battery
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앤드류 샤라트
이라 삭세나
미오드래그 올자카
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멕시켐 플루어 소시에다드 아노니마 데 카피탈 바리아블레
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Abstract

비수성 배터리 전해질 제제에서의 화학식 1의 화합물의 용도로서
Figure pct00030
(1)
상기 화학식에서,
R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있다.

Description

조성물
본 기재 내용은 배터리와 커패시터, 특히 이차 배터리와 슈퍼커패시터로 알려진 기기를 포함하는 에너지 저장 기기를 위한 비수성 전해질 용액에 관한 것이다.
배터리에는 일차 배터리와 이차 배터리의 2가지 주요 유형이 있다. 일차 배터리는 비-충전식 배터리라고도 한다. 이차 배터리는 충전식 배터리라고도 한다. 잘-알려진 유형의 충전식 배터리는 리튬-이온 배터리이다. 리튬-이온 배터리는 고에너지 밀도를 갖고, 메모리 효과가 없으며, 자가-방전율이 낮다.
리튬-이온 배터리는 휴대용 전자기기와 전기 자동차에 흔히 사용된다. 배터리에서, 리튬 이온은 방전되는 동안에는 음전극에서 양전극으로 이동하고, 충전되는 동안에는 그 반대로 이동한다.
전형적으로, 전해질 용액은 비수성 용매와 전해질 염 플러스 첨가제를 포함한다. 전해질은 전형적으로 리튬 이온 전해질 염을 함유한 유기 카보네이트, 예컨대 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 디알킬 카보네이트의 혼합물이다. 많은 리튬 염은 전해질 염으로 사용될 수 있으며, 흔한 예로는 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 "LiFSI", 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI)를 포함한다.
전해질 용액은 배터리 내에서 여러가지 개별 역할을 수행해야 한다.
전해질의 주된 역할은, 캐소드와 애노드 사이에서 전하의 흐름을 용이하게 하는 것이다. 이것은 배터리 내에서, 애노드와 캐소드 중 하나 또는 둘 다로부터 및/또는 애노드와 캐소드 중 하나 또는 둘 다로의 금속 이온의 이동에 의해 일어나며, 여기서 화학적 환원 또는 산화에 의해 전하가 방출/채택된다.
따라서, 전해질은 금속 이온을 용매화하고/하거나 지원할 수 있는 매체를 제공하는 데 필요하다.
리튬 전해질 염의 사용 및 리튬 금속과 리튬 이온의 교환으로 인해 물과의 반응성이 매우 높을 뿐만 아니라 다른 배터리 구성성분도 물에 대한 민감도가 높아; 일반적으로 전해질은 비-수성이다.
또한, 전해질은 내부의 이온의 흐름을 허용하고/강화시키기 위해 적합한 유동 특성을 가져야 하며; 전형적인 작동 온도에서, 배터리가 노출되어, 수행될 것으로 예상된다.
더욱이, 전해질은 가능한 한 화학적으로 불활성이어야 한다. 이것은 배터리의 기대 수명과 관련하여, 배터리 내(예를 들어, 전극 및 케이스)의 내부 부식 및 배터리 누출의 문제와 특히 관련된다. 화학적 안정성을 고려할 때, 가연성이 또한 중요하다. 불행하게도, 전형적인 전해질 용매는 종종 가연성 물질을 포함하므로 안전 상 위험이 될 수 있다.
이것은 방전되었거나 방전 중일 때의 작동 중에 배터리에 열이 축적될 수 있어 문제가 될 수 있다. 리튬 이온 배터리와 같은 고밀도 배터리의 경우 특히 그러하다. 따라서, 전해질이 낮은 가연성과 함께, 다른 관련 특성, 예컨대 높은 인화점을 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 전해질이 사용 후 처분성과 관련된 환경 문제, 또는 지구 온난화 가능성 등의 다른 환경 문제를 제기하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 비수성 전해질 용액에 비해 특성이 개선된 비수성 전해질 용액을 제공하는 것이다.
사용 양태
본 발명의 제1 양태에 의하면, 비수성 배터리 전해질 제제에서 화학식 1의 화합물의 용도가 제공된다. 바람직하게는, 화학식 1의 화합물을 포함한 조성물이 리튬 이온 배터리에 사용된다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 배터리에서 화학식 1의 화합물을 포함한 비수성 배터리 전해질 제제의 용도가 제공된다.
조성물/기기 양태
본 발명의 제3 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물을 포함한 배터리 전해질 제제가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 의하면, 선택적으로 용매와 조합된 금속 이온 및 화학식 1의 화합물을 포함한 제제가 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물을 포함한 배터리 전해질 제제를 포함한 배터리가 제공된다.
방법 양태
본 발명의 제6 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물을 포함한 제제를 첨가하는 것을 포함하는, 배터리 및/또는 배터리 전해질 제제의 인화점을 감소시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 제7 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물을 포함하는 배터리 전해질 제제를 포함한 배터리의 사용을 포함하는, 물품에 전력을 공급하는 방법이 제공된다.
본 발명의 제8 양태에 의하면, (a) 화학식 1의 화합물을 포함한 배터리 전해질 제제에 의해 배터리 전해질을 적어도 부분적으로 대체하는 것, 및/또는 (b) 화학식 1의 화합물을 포함한 배터리 전해질 제제에 의해 배터리 전해질을 보충하는 것을 포함하는, 배터리 전해질 제제의 보강 방법이 제공된다.
본 발명의 제9 양태에 의하면, 화학식 2a 및/또는 화학식 2b의 화합물을
Figure pct00001
(2a)
Figure pct00002
(2b)
상승된 온도 및 압력의 염기성 반응 조건 하에서 알콜 ROH와 반응시켜서 화학식 1의 화합물을 제조하는 방법이 제공된다.
화학식 2a에서, 적어도 하나의 X가 H인 경우, X는 할로겐 또는 -CF3이다. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 X는 할로겐이고 적어도 하나의 X는 H이며, 상기 화학식에서 적어도 하나의 X가 할로겐이고 하나의 X가 수소인 경우, 상기 기들은 서로 트랜스 관계이다.
화학식 2b에서, X는 수소 또는 -CF3이다.
본 발명의 제10 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물과 리튬 함유 화합물을 혼합시키는 것을 포함하는, 배터리 전해질 제제의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제11 양태에 의하면, 화학식 1의 화합물을 사용함으로써 배터리 용량/배터리 내 전하 전달/배터리 수명/등을 개선시키는 방법이 제공된다.
화학식 1의 화합물
본 발명의 모든 양태에 관하여, 화학식 (1)의 바람직한 실시형태는 이하와 같으며
Figure pct00003
(1)
상기 화학식에서,
R은 불화 알킬기이고, -OR기의 입체화학은 임의의 다른 관능기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분 불화될 수 있는C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다.
대안적으로, 또한 본 발명의 모든 양태에 대하여, 화학식 (1)의 대안적인 실시형태는 이하와 같으며
Figure pct00004
(1)
상기 화학식에서,
R1은 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R2는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되며;
R4는 적어도 부분 불화될 수 있는 C1 내지 C12 알킬로
이루어진 군으로부터 선택되며;
상기 화학식에서, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 F이거나 이를 포함하고, -OR4기의 입체화학은 임의의 다른 관능기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있다.
본 발명의 제9 양태가 화학식 (1)의 두 실시형태에 모두 채택될 것이라는 사실을 주목한다.
장점
본 발명의 양태에서, 상기 전해질 제제는 놀라울 만큼 유리한 것으로 밝혀졌다.
전해질 용매 조성물에 화학식 1의 화합물을 사용하는 경우의 장점은, 여러 방식으로 나타난다. 전해질 용매 조성물에 화학식 1의 화합물을 사용하면 (예컨대, 인화점으로 측정할 때) 전해질 조성물의 가연성을 감소시킬 수 있다. 이들의 산화적 안정성으로 인해 열악한 조건에서 작동해야 하는 배터리에서 유용하며, 이들은 일반적인 전극 화학물질과 호환되며, 서로 간의 상호작용으로 인해 이러한 전극의 성능을 개선시킬 수도 있다.
또한, 화학식 1의 화합물을 포함한 전해질 조성물은 점도가 낮고 용융점이 낮지만 끓는점이 높다는 우수한 물리적 특성을 가지며, 사용 시 기체 발생이 거의 없거나 전혀 없는 관련 장점이 있는 것으로 밝혀졌다. 전해질 제제는 표면, 특히 불소 함유 표면을 습윤시키고 이에 극히 잘 도말되며; 이는 접착력과 응집력 사이의 유리한 관계로 인한 것으로 가정되어 낮은 접촉각을 생성한다.
게다가, 화학식 1의 화합물을 포함한 전해질 조성물은 개선된 잔존 수명 용량, 개선된 주기성과 용량, 다른 배터리 구성성분, 예를 들어, 분리막과 집전기와의 개선된 호환성을 포함한 우수한 전기-화학적 특성을 갖고, 넓은 범위의 전압, 특히 고 전압에서 가동되고 실리콘과 같은 첨가제를 포함한 모든 유형의 캐소드와 애노드 화학물질을 갖는 것으로 나타났다. 추가로, 전해질 제제는 금속(예를 들어, 리튬) 염의 우수한 용매화와 존재하는 임의의 전해질 용매와의 상호작용을 나타낸다.
본 발명의 양태에 관한 바람직한 특성들은 이하에 제시되어 있다.
바람직한 화합물
화학식 1의 제1 실시형태의 화합물에 대한 바람직한 예는 이하와 같으며
Figure pct00005
(1)
상기 화학식에서:-
R은 CH2CF3, CH2CF2CF2CHF2, 또는 CH(CF3)2이고; 그리고
X는 H이다.
화학식 1의 화합물의 대안적인 실시형태의 바람직한 특성은
Figure pct00006
(1)
이하의 번호의 단락과 같다.
단락 1 ― 화학식 1의 화합물로서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 내지 R4 중 적어도 둘 또는 셋은 F이거나 이를 포함하고; 예를 들어, R1 내지 R3 중 하나 또는 둘은 F이거나 이를 포함하는 반면, R4는 F를 포함하는 화합물.
단락 2 ― 단락 1에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 내지 R4 중 단 하나만 C1 내지 C6 알킬을 포함하며, 이는 비불화될 수도 있고 적어도 부분적으로 불화될 수도 있는 화합물.
단락 3 ― 단락 1 또는 2에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R2는 H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물.
단락 4 ― 단락 1 내지 3에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R2는 H 및 CF3로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물.
단락 5 ― 단락 1 내지 4에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R2는 CF3인 화합물.
단락 6 ― 단락 1 내지 5에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R4는 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬인 화합물;
단락 7 ― 단락 1 내지 6에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R4는 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C4 알킬인 화합물;
단락 8 ― 단락 1 내지 7에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R4는 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, 및 적어도 부분적으로 불화된 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물.
단락 9 ― 단락 1 내지 8에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R4는 CH2CF3, CH2CH2CF3, CH2CHFCF3, CH2CF2CF2CHF2, 및 CH(CF3)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물.
단락 10 ― 단락 1 내지 9에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 및 R3는 H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 화합물.
단락 11 ― 단락 1 내지 10에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 및 R3는 H, CF3, CH2CF3, CH2CH2CF3, CH2CHFCF3, CH2CF2CF2CHF2, 및 CH(CF3)2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 화합물.
단락 12 ― 단락 1 내지 11에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 및 R3는 H 및 CF3으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 화합물.
단락 13 ― 단락 1 내지 12에 있어서, 상기 화학식에서 바람직하게는 R1 및 R3는 H인 화합물.
화학식 1의 화합물의 대안적인 실시형태의 화합물에 대한 바람직한 예는 이하와 같으며:-
R1은 H이고,
R2는 CF3이고,
R3은 H이고, 그리고
R4는 CH2CF3, CH2CF2CF2CHF2, 또는 CH(CF3)2이다.
전해질 제제
바람직하게는, 전해질 제제는 0.1 wt% 내지 99.9 wt%의 화학식 1의 화합물을 포함한다. 선택적으로, 화학식 1의 화합물은 1 wt% 초과, 선택적으로 5 wt% 초과, 선택적으로 10 wt% 초과, 선택적으로 15 wt% 초과, 선택적으로 20 wt% 초과, 및 선택적으로 25 wt% 초과의 양으로 (전해질 제제 중에) 존재한다. 선택적으로, 화학식 1의 화합물은 1 wt% 미만, 선택적으로 5 wt% 미만, 선택적으로 10 wt% 미만, 선택적으로 15 wt% 미만, 선택적으로 20 wt% 미만, 및 선택적으로 25 wt% 미만의 양으로 (전해질 제제 중에) 존재한다.
금속염
비수성 전해질 용액은 전형적으로 비수성 전해질 제제의 총 질량에 대해 0.1 wt% 내지 20 wt%의 양으로 존재하는 금속 전해질 염을 추가로 포함한다.
금속 염은 일반적으로 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 납, 아연 또는 니켈의 염을 포함한다.
바람직하게는, 금속 염은 리튬의 염, 예컨대 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 모노하이드레이트(LiAsF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 트리플레이트(LiSO3CF3), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Li(FSO2)2N), 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3SO2)2N)를 포함하는 군으로부터 선택된 것들을 포함한다.
가장 바람직하게는, 금속 염은 LiPF6을 포함한다. 따라서, 본 발명의 제4 양태의 가장 바람직한 변형체에서는, 선택적으로 용매와 조합된 LiPF6 및 화학식 1의 화합물을 포함한 제제가 제공된다
용매
비수성 전해질 용액은 용매를 포함한다. 용매의 바람직한 예는 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 및/또는 프로필렌 카보네이트(PC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 또는 에틸렌 카보네이트(EC)를 포함한다.
용매는 있다면 전해질 중 액체 성분의 0.1 wt% 내지 99.9 wt%를 구성한다.
첨가제
비수성 전해질 용액은 첨가제를 포함할 수 있다.
적합한 첨가제는 양전극 또는 음전극의 표면에 이온 투과성 막을 형성하는 표면막-형성제로서 작용할 수 있다. 이것은 전극의 표면에서 발생한 비수성 전해질 용액과 전해질 염의 분해 반응을 미연에 방지하여, 전극 표면에서 비수성 전해질 용액의 분해 반응을 방지할 수 있다.
막-형성제 첨가제의 예는, 비닐렌 카보네이트(VC), 에틸렌 설파이트(ES), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB), 사이클로헥실벤젠(CHB), 및 오르토-터페닐(OTP)을 포함한다. 첨가제는 단독으로, 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
첨가제는 있다고 해도 비수성 전해질 제제의 총 질량에 대해 0.1 wt% 내지 3 wt%의 양으로 존재한다.
배터리
일차/이차 배터리
배터리는 일차(비-충전식) 배터리 또는 이차 배터리(충전식)를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 배터리는 이차 배터리를 포함한다.
비수성 전해질 용액을 포함한 배터리는, 일반적으로 몇몇 원소를 포함할 것이다. 바람직한 비수성 전해질 이차 배터리 셀을 구성하는 원소는 이하에 기재되어 있다. 다른 배터리 부품(예컨대, 온도 센서)이 있을 수 있음을 이해하며; 이하의 배터리 부품의 목록이 전부는 아니다.
전극
배터리는 일반적으로 양전극과 음전극을 포함한다. 통상, 전극은 다공성이며, 삽입(intercalation) 또는 추출(deintercalation)이라고 부르는 과정에 의해 금속 이온(리튬 이온)을 전극 구조의 안팎으로 이동시킨다.
충전식 배터리(2차 배터리)에서, 캐소드라는 용어는 방전 사이클 동안 환원이 일어나는 전극을 지칭한다. 리튬-이온 셀에서, 양전극("캐소드")은 리튬계이다.
양전극(캐소드)
양전극은 일반적으로 양전극 집전기, 예컨대 금속 포일로 구성되며, 선택적으로 양전극 활성 물질층은 양전극 집전기 위에 배치된다.
양전극 집전기는 양전극에 인가된 전위의 범위에서 안정한 금속의 포일이거나, 양전극에 인가된 전위의 범위에서 안정한 금속의 스킨층을 갖는 막일 수 있다. 상기 양전극에 인가된 전위의 범위에서 안정한 금속으로는, 알루미늄(Al)이 바람직하다.
양전극 활성 물질층은 일반적으로 양전극 활성 물질과 도전제 및 결합제 등과 같은 다른 구성성분을 포함한다. 이것은 일반적으로 용매에 성분들을 혼합하고, 상기 혼합물을 양전극 집전기에 적용한 후, 건조하고 롤링하여 얻는다.
양전극 활성 물질은 리튬(Li) 함유 전이 금속 산화물일 수 있다. 전이 금속 원소는 스칸듐(Sc), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 이들 전이 금속 원소 중에서, 망간, 코발트, 및 니켈이 가장 바람직하다.
전이 금속 산화물 내의 일부 전이 금속 원자는, 비-전이 금속 원소의 원자로 대체될 수 있다. 비-전이 원소는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 납(Pb), 안티모니(Sb), 및 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 비-전이 금속 원소 중에서, 마그네슘, 및 알루미늄이 가장 바람직하다.
양전극 활성 물질의 바람직한 예로는, 리튬-함유 전이 금속 산화물, 예컨대LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNi1-yCoyO2(0 < y < 1), LiNi1-y-zCoyMnzO2(0 < y + z < 1), 및 LiNi1-y-zCoyAlzO2(0 < y + z < 1)를 포함한다. 모든 전이 금속에 대해 50 mol% 이상의 비율로 니켈을 함유하는 LiNi1-y-zCoyMnzO2(0 < y + z < 0.5) 및 LiNi1-y-zCoyAlzO2(0 < y + z < 0.5)는, 비용과 비용량(specific capacity)의 측면에서 바람직하다. 이러한 양전극 활성 물질은 다량의 알칼리 성분을 함유하여, 비수성 전해질 용액의 분해를 가속화시키고 지속성을 감소시킨다. 그러나, 본 기재 내용의 비수성 전해질 용액은 심지어 이러한 양전극 활성 물질과 함께 사용될 때에도 분해에 대해 내성을 갖는다.
양전극 활성 물질은 리튬(Li) 함유 전이 금속 불소화물일 수 있다. 전이 금속 원소는 스칸듐(Sc), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 이들 전이 금속 원소 중에서, 망간, 코발트, 및 니켈이 가장 바람직하다.
전이 금속 불소화물 내의 일부 전이 금속 원자는, 비-전이 금속 원소의 원자로 대체될 수 있다. 비-전이 원소는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 납(Pb), 안티모니(Sb), 및 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 비-전이 금속 원소 중에서, 마그네슘, 및 알루미늄이 가장 바람직하다.
도전제는 양전극 활성 물질층의 전자 도전성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 도전제의 바람직한 예는, 도전성 탄소 물질, 금속 분말, 및 유기 물질을 포함한다. 특정 예는 아세틸렌 블랙, 케첸(ketjen) 블랙 및 흑연과 같은 탄소 물질, 알루미늄 분말과 같은 금속 분말, 및 페닐렌 유도체로서의 유기 물질을 포함한다.
결합제는 양전극 활성 물질과 도전제 사이의 양호한 접촉을 보장하고, 양전극 집전기의 표면에 대한 양전극 활성 물질과 같은 성분의 접착을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 결합제의 바람직한 예는, 플루오로중합체 및 고무 중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 에틸렌-프로필렌-이소프렌 공중합체, 및 에틸렌-프로필렌-부타디엔 공중합체를 포함한다. 결합제는 카르복시메틸셀룰로스(CMC) 또는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)와 같은 증점제와 조합하여 사용될 수 있다.
음전극(애노드)
음전극은 일반적으로 음전극 집전기, 예컨대 금속 포일로 구성되고, 선택적으로 음전극 활성 물질층이 음전극 집전기 위에 배치된다.
음전극 집전기는 금속의 포일일 수 있다. 구리(리튬 불포함)가 상기 금속으로 적합하다. 구리는 적은 비용으로 용이하게 가공되고, 전자 전도성이 양호하다.
일반적으로, 음전극은 흑연 또는 그래핀과 같은 탄소를 포함한다.
실리콘계 물질 또한 음전극에 사용될 수 있다. 바람직한 형태의 실리콘은 나노-와이어의 형태이며, 이는 바람직하게는 지지 물질 위에 존재한다. 지지 물질은 금속(예컨대 강철) 또는 탄소와 같은 비-금속을 포함할 수 있다.
음전극은 활성 물질층을 포함할 수 있다. 활성 물질층이 있다면 음전극 활성 물질과 다른 구성성분, 예컨대 결합제를 포함한다. 이것은 일반적으로 용매에 성분들을 혼합하고, 상기 혼합물을 양전극 집전기에 적용한 후, 건조하고 롤링하여 얻는다.
음전극 활성 물질은 리튬 이온을 저장하고 방출할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 적합한 음전극 활성 물질의 예는, 탄소 물질, 금속, 합금, 금속 산화물, 금속 질화물 및 리튬-층간삽입 탄소, 및 실리콘을 포함한다. 탄소 물질의 예는 천연/인공 흑연, 및 피치계 탄소 섬유를 포함한다. 금속의 바람직한 예는 리튬(Li), 실리콘(Si), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 갈륨(Ga), 티타늄, 리튬 합금, 실리콘 합금, 및 주석 합금을 포함한다. 리튬계 물질의 예는 리튬 티타네이트(Li2TiO3)를 포함한다
양전극에서와 같이, 결합제는 플루오로중합체 또는 고무 중합체일 수 있고, 바람직하게는 고무 중합체, 예컨대 스티렌-부타디엔 공중합체(SBR)이다. 결합제는 증점제와 조합하여 사용될 수 있다.
분리막
분리막은 바람직하게는 양전극과 음전극 사이에 있다. 분리막은 절연 특성을 갖는다. 분리막은 이온 투과성이 있는 다공성막을 포함할 수 있다. 다공성막의 예는 미세다공성 박막, 직물, 및 부직포를 포함한다. 분리막에 적합한 물질은 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이다.
케이스
배터리 성분은 바람직하게는 보호 케이스 내에 배치된다.
케이스는 탄성이 있어 배터리를 지지하고, 전원이 공급되는 장치에 전기적으로 접촉하는 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 케이스는 바람직하게는, 배터리 형태로 성형된 시트 형태의 금속 물질을 포함한다. 상기 금속 물질은 바람직하게는 배터리의 조립체에서 (예를 들어, 밀어-끼워맞춤(push-fitting)에 의해) 함께 맞춰지도록 구성된 다수의 부분을 포함한다. 바람직하게는, 상기 케이스는 철/강철계 물질을 포함한다.
다른 실시형태에서, 케이스는 배터리 형태로 성형된 플라스틱 물질을 포함한다. 플라스틱 물질은 바람직하게는 배터리의 조립체에서 (예를 들어, 밀어-끼워맞춤/접착에 의해) 함께 연결되도록 구성된 다수의 부분을 포함한다. 바람직하게는, 케이스는 중합체, 예컨대 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 또는 폴리모노클로로플루오로에틸렌을 포함한다. 케이스는 또한 플라스틱 물질용 다른 첨가제, 예컨대 충전제 또는 가소화제도 포함할 수 있다. 이 실시형태에서, 배터리용 케이스가 대부분 플라스틱 물질을 포함하는 경우, 상기 케이스의 일부는 도전성/금속성 물질을 추가로 포함하여 배터리에 의해 전력을 공급받는 장치와 전기적 접촉을 확립할 수 있다.
배열
양전극과 음전극은 감겨 있거나, 분리막을 통해 함께 쌓여 있을 수 있다. 이들은 비수성 전해질 용액과 함께, 외부 케이스에 담긴다. 양전극과 음전극은 이들의 별도의 부분에서 외부 케이스에 전기적으로 연결된다
모듈/팩
다수/복수의 배터리 셀은 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 배터리 모듈에서, 배터리 셀은 직렬 및/또는 병렬 구조를 이룰 수 있다. 전형적으로, 이들은 기계적 구조 내에 들어있다.
배터리 팩은 다수의 모듈들을 직렬 또는 병렬로 함께 연결하여 조립될 수 있다. 전형적으로, 배터리 팩은 센서와, 배터리 관리 시스템 및 열 관리 시스템을 포함한 제어기와 같은 설비를 추가로 포함한다. 배터리 팩은 일반적으로 최종 배터리 팩 생성물을 구성하는 매립 하우징 구조를 포함한다.
최종 용도
개별적 배터리/셀, 모듈, 및/또는 팩 형태의 본 발명의 배터리 (및 이에 대한 전해질 제제)는, 하나 이상의 다양한 최종 생성물에 사용되는 것을 목적으로 한다.
최종 생성물의 바람직한 예는, 휴대용 전자 기기, 예컨대GPS 네비게이션 장치, 카메라, 랩탑, 태블릿, 및 휴대폰을 포함한다. 최종 생성물의 다른 바람직한 예는, (추진 시스템 및/또는 그 안에 존재하는 임의의 전기 시스템 또는 장치를 위한 전력 공급 장치로서의) 차량 장치, 예컨대 전기 자전거 및 오토바이, 뿐만 아니라 자동차 애플리케이션(하이브리드 및 순수 전기 자동차 포함)을 포함한다.
도 1은 트리플루오로프로페닐 에테르, 예컨대 생성물 E6의 전기화학적 호환성을 입증하는 역할을 하는 3개의 CV 자취를 나타낸다.
도 2 내지 도 11은 실시예 및 일부 참조 생성물로부터의 반응 생성물 중 일부를 포함한 조성물에서 실시한 다양한 분광측정 분석 기술의 결과를 나타낸다.
도 2는 에틸렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 에틸렌 카보네이트/프로필렌 카보네이트/디메틸 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 30%의 E6/70%의 에틸렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 30%의 E6/70%의 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 80%의 E6/20%의 에틸렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 80%의 E6/20%의 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 30%의 E7/70%의 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 10은 50%의 E7/50%의 에틸렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 80%의 E7/20%의 에틸렌 카보네이트 중 LiPF6의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 12a 내지 도 12d는 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 13a 내지 도 13c는 프로필렌 카보네이트(90%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(10%) 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 14a 내지 도 14c는 에틸렌 카보네이트(30%)와 에틸 메틸 카보네이트(70%) 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 15a 내지 도 15c는 프로필렌 카보네이트 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 16a 내지 도 16c는 프로필렌 카보네이트(90%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(10%) 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 17a 내지 도 17b는 에틸렌 카보네이트(30%)와 에틸 메틸 카보네이트(70%) 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF3의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 18a 내지 도 18c는 프로필렌 카보네이트 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 19a 내지 도 19c는 프로필렌 카보네이트(90%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(10%) 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 20a 내지 도 20c는 에틸렌 카보네이트(30%)와 에틸 메틸 카보네이트(70%) 중 LiPF6와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 21a 내지 도 21c는 프로필렌 카보네이트 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 22a 내지 도 22c는 프로필렌 카보네이트(90%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(10%) 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 23a 내지 도 23c는 에틸렌 카보네이트(30%)와 에틸 메틸 카보네이트(70%) 중 LiFSI와 CF3CH=CHOCH2CF2CHF2의 19F NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 24는 MEXI-1 ― 셀 조성 1의 전기화학적 성능을 나타낸다
도 25는 MEXI-1 ― 셀 조성 2의 전기화학적 성능을 나타낸다
도 26은 MEXI-2 ― 셀 조성 1의 전기화학적 성능을 나타낸다
도 27은 MEXI-2 ― 셀 조성 2의 전기화학적 성능을 나타낸다
(조성물 중 중량%)
본 발명은 이하의 비-제한적인 실시예를 참고하여 아래에 예시될 것이다.
실시예
실시예 1-에테르 제제
이하의 단계들을 따랐다.
ㆍ 유리 또는 액체에 대한 유입 포트, 압력 및 온도 표시기, 및 십자형 기체 연행 교반기 어셈블리(cruciform gas entraining stirrer assembly)가 장착된 100 ml의 Hastelloy C 압력관에서, 수산화칼륨(17.0 g, 250 mmol)을 물(4.0 g)과 알콜(40 g)의 용액에 천천히 교반하면서 첨가하였다.
ㆍ 용기를 밀봉하고, 질소로 정화하고, 압력을 시험하였다. 이후, 내용물을 1000 rpm으로 교반하면서 (반응에 따라) 20-60℃로 가열하였다.
ㆍ 일단 평형화되면, 불포화 유기불소 공급 성분을 첨가하였고, 압력 또는 온도 표시기에 더 이상 변화가 나타나지 않을 때까지 반응 조건을 유지하였다.
ㆍ 내용물을 회수하여, 물로 씻고, 유기 분획을 회수하였다.
ㆍ 상기 유기 분획을 무수 황산나트륨에서 건조시키고, 단순 "탑 앤드 테일(top and tail)" 방식으로 증류하여, 경질물질과 중질 물질을 제거하였다.
ㆍ 이후, 반응 산물을 GC-MS에 의해 분석하였다.
Figure pct00007
실시예 2-대규모 에테르 제조
실시예 1에서 개략한 기본 과정을 더 큰 배치(300~500 g)의 유기불소 공급 성분으로 계속하였고, 조 생성물을 NMR 분광측정법에 의해 분석하였다.
Figure pct00008
실시예 3-전기화학적 상용성 시험
전기화학적 상용성은 Gamry Instruments의 전위차계와 표준 3전극 시험 셀을 사용하여 순환 전압전류법(CV)에 의해 평가하였다. 작동 전극과 카운터 전극은 유리상 탄소(면적 0.071 cm2)로 제조되었고, 백금선 참조 전극도 사용된다. 기본 전해질 용액은 아세토니트릴(ACN) 중 0.25 M 테트라부틸 암모늄 플루오로보레이트(TBAF)이었고, 셀에 대해 0 V에서 페로센/페로세늄(Fc/Fc+) 쌍을 참조하였다.
도 1은 트리플루오로프로페닐 에테르, 예컨대 생성물 E6의 전기화학적 호환성을 입증하는 역할을 하는 3개의 CV 자취를 나타낸다:
ㆍ CV 1 ACN 중 0.25 M TBAF
ㆍ CV 2 ACN 중 0.25 M TBAF + 생성물 E6
ㆍ CV 3 ACN 중 0.25 M TBAF + 프로필렌 카보네이트
실시예 4-전해질 조성물의 제조
E6 또는 E7의 생성물을 포함한 용매()와 다양한 통상의 전해질 용매 중 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)/리튬 비스(플루오로술포닐)의 1 M 용액을 제조하여, 이를 19F NMR 분광측정법에 의해 분석하였다.
조성물은 표 1 내지 4에 나타나 있다. 표 1 내지 4는 또한 19F NMR 스펙트럼에 대한 참조 기준을 포함한다(21 페이지도 참고).
표 1 내지 4에서, 이하의 약칭을 사용한다.
PC = 프로필렌 카보네이트
FEC = 플루오로에틸렌 카보네이트
EC = 에틸렌 카보네이트
EMC = 에틸 메틸 카보네이트
모든 백분율은 중량에 관한 것이다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
가연성 및 안전 시험
인화점
인화점은 Grabner Instruments의 Miniflash FLP/H 기기를 사용하여, ASTM D6450 표준 방법에 따라 결정하였다:
Figure pct00013
이러한 측정치는, MEXI-1 및 MEXI-2로 지정된 첨가제의 첨가가 표준 전해질 용액의 인화점을 유의하게 증가시킨다는 사실을 입증한다.
자기-소화 시간
자기-소화 시간은 자외선 광 탐색기에 연결된 자동 제어 스탑워치를 포함하는 맞춤-제작 장치로 측정하였고:
ㆍ 검사할 전해질(500 μL)을 Whatman GF/D(Φ = 24 mm) 유리 미세섬유 필터에 가하였다.
ㆍ 점화원을 시료 아래로 이동시키고, 이 위치에서 사전설정 시간(1, 5, 또는 10초) 동안 유지하여, 시료를 점화시켰다. 시료의 점화와 연소는 UV 광 탐색기를 사용하여 탐지하였다.
ㆍ 평가는 연소시간/전해질의 중량[s g-1]을 점화 시간[s]에 대해 플롯팅하고, 점화 시간= 0 s에 대한 선형 회귀선을 외삽하여 실시하였다.
ㆍ 자기-소화 시간(s.g-1)은 발화 시 연소를 멈출 때까지 필요한 시간이다.
Figure pct00014
이러한 측정으로 화합물 MEXI-1 및 MEXI-2가 난연성 특성을 갖는다는 것을 입증하였다.
전기화학적 시험
건조
시험하기 전에, MEXI-1 및 MEXI-2를 사전-활성화 4A형 분자체로 처리하여 건조시켰다. 사전-처리 및 사후-처리된 시료 내 물의 수준을, 칼 피셔(Karl Fischer) 방법으로 결정하였다:
Figure pct00015
전해질 제제
전해질의 제조와 저장은 아르곤이 충전된 글로브 박스(H2O 및 O2 < 0.1 ppm)에서 실시하였다. 기본 전해질은 2, 5, 10 및 30 wt.% 농도의 MEXI-1 또는 MEXI-2 첨가제가 포함된 에틸렌 카보네이트:에틸 메틸 카보네이트(3:7 wt.%) 중 1 M LiPF6이었다.
셀 조성 및 제작
각 전해질 제제의 성능은 50 사이클 동안 다중-층 파우치 셀(전해질당 2개의 셀)에서 시험하였다:
조성 1: 리튬-니켈-코발트-망간-산화물(NCM622) 양전극 및 인공 흑연(비용량: 350 mAh g-1) 음전극. NMC622 및 흑연의 면적 용량은 각각 3.5 mAh cm-2 및 4.0 mAh cm-2에 달했다. N/P 비는 115%에 달했다.
조성 2: 리튬-니켈-코발트-망간-산화물(NCM622) 양전극 및 SiO x /흑연(비용량: 550 mAh g-1) 음전극. NMC622 및 SiO x /흑연의 면적 용량은 각각 3.5 mAh/cm-2 및 4.0 mAh cm-2에 달했다. N/P 비는 115%에 달했다.
시험 파우치 셀은 이하의 특징을 가졌다:
ㆍ 정규 용량 240 mAh +/- 2%
ㆍ 표준 편차:
용량: ± 0.6 mAh
쿨롱 효율(CE: Coulombic efficiency) 1회차 사이클: ± 0.13%
쿨롱 효율(CE) 이후 사이클: ± 0.1%
양전극: NMC-622
ㆍ 활성 물질 함량: 96.4%
ㆍ 질량 부하량: 16.7 mg cm-2
음전극: 인공 흑연
ㆍ 활성 물질 함량: 94.8%
ㆍ 질량 부하량: 10 mg cm-2
ㆍ 분리막: PE(16 μm) + 4 μm Al2O3
ㆍ 4.2 V의 컷-오프전압에서 밸런스를 이룸
음전극: 인공 흑연 + SiO
ㆍ 활성 물질 함량: 94.6%
ㆍ 질량 부하량: 6.28 mg cm-2
ㆍ 분리막: PE(16 μm) + 4 μm Al2O3
ㆍ 4.2 V의 컷-오프전압에서 밸런스를 이룸
조립 이후, 이하의 형성 프로토콜을 사용하였다:
1. 1.5 V로의 충전 단계 후, 5 h 휴지 단계(40℃에서의 습윤단계)
2. CCCV(C/10, 3.7 V(I제한: 1 h))(예비 형성 단계)
3. 휴지 단계(6 h)
4. CCCV(C/10, 4.2 V(I제한: 0.05 C))휴지 단계(20분)
5. CC 방전(C/10, 3.8 V), (셀의 탈기)
6. CC 방전(C/10, 2.8 V)
이러한 형성 단계 이후, 셀을 이하와 같이 시험하였다:
ㆍ 휴지 단계(1.5 V, 5 h), CCCV(C/10, 3.7 V(1 h))
ㆍ 휴지 단계(6 h), CCCV(C/10, 4.2 V(I제한: 0.05 C))
ㆍ 휴지 단계(20분), CC 방전(C/10, 3.8 V)
ㆍ 탈기 단계
ㆍ 방전(C/10, 2.8 V), 휴지 단계(5 h)
ㆍ CCCV(C/3, 4.2 V(I제한: 0.05 C)), 휴지 단계(20분)
ㆍ CC 방전(C/3, 2.8 V)
ㆍ 50 사이클 또는 50% SOH가 40℃에 도달할 때까지:
CCCV(C/3, 4.2 V(I제한: 0.02 C)), 휴지 단계(20분)
CC 방전(C/3, 3.0 V), 휴지 단계(20분)
시험 결과
각 셀 조성 내의 두 첨가제에 대한 시험 결과는, 표 5~8 및 도 24~27에 요약되어 있다. 이 데이터로부터, 두 가지 셀 조성이 셀 성능에 긍정적인 영향을 주어, 쿨롱 효율과 사이클링 안정성을 둘 다 개선시킨다는 사실을 알 수 있다. 이러한 결과를 안전성 관련 연구와 조합하여, 본 발명의 화합물이 이를 함유한 에너지 저장 장치의 안전성과 성능을 둘 다 동시에 개선시킨다는 사실을 입증한다.
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019

Claims (26)

  1. 비수성 배터리 전해질 제제에서의 화학식 1의 화합물의 용도로서
    Figure pct00020
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 OR기는 임의의 다른 기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 용도.
  2. 배터리에서의 화학식 1의 화합물을 포함하는 비수성 배터리 전해질 제제의 용도로서
    Figure pct00021
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 OR기는 임의의 다른 기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 용도.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제제는 상기 비수성 전해질 제제의 총 질량에 대해 0.1 wt% 내지 20 wt%의 양으로 존재하는 금속 전해질 염을 포함하는, 용도.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 납, 아연, 또는 니켈의 염인, 용도.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 모노하이드레이트(LiAsF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 트리플레이트(LiSO3CF3), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Li(FSO2)2N), 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3SO2)2N)를 포함하는 군으로부터 선택된 리튬의 염인, 용도.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제제는 상기 제제의 액체 성분의 0.1 wt% 내지 99.9 wt% 양의 추가 용매를 포함하는, 용도.
  7. 제6항에 있어서, 상기 추가 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 또는 에틸렌 카보네이트(EC)를 포함하는 군으로부터 선택되는, 용도.
  8. 화학식 1의 화합물을 포함하는, 배터리 전해질 제제.
  9. 금속 이온과 화학식 1의 화합물을 선택적으로 용매와 조합하여 포함하는 제제로서
    Figure pct00022
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR4기는 R1, R2 또는 R3기 중 임의의 것에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 제제.
  10. 화학식 1의 화합물을 포함하는 배터리 전해질 제제를 포함하는 배터리로서
    Figure pct00023
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 배터리.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제제는 상기 비수성 전해질 제제의 총 질량에 대해 0.1 wt% 내지 20 wt%의 양으로 존재하는 금속 전해질 염을 포함하는, 제제.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 납, 아연, 또는 니켈의 염인, 제제.
  13. 제12항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 모노하이드레이트(LiAsF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 트리플레이트(LiSO3CF3), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Li(FSO2)2N), 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3SO2)2N)를 포함하는 군으로부터 선택된 리튬의 염의 염인, 제제.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제제는 상기 제제의 액체 성분의 0.1 wt% 내지 99.9 wt% 양의 추가 용매를 포함하는, 제제.
  15. 제14항에 있어서, 상기 추가 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 및 에틸렌 카보네이트(EC)를 포함하는 군으로부터 선택되는, 제제.
  16. 배터리 및/또는 배터리 전해질의 가연성을 감소시키는 방법으로서, 상기 방법은 화학식 1의 화합물을 포함하는 제제를 첨가하는 것을 포함하며
    Figure pct00024
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 방법.
  17. 물품에 전력을 공급하는 방법으로서, 상기 방법은 화학식 1의 화합물을 포함하는 배터리 전해질 제제를 포함하는 배터리를 사용하는 것을 포함하며
    Figure pct00025
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 방법.
  18. 배터리 전해질 제제의 보강 방법으로서, 상기 방법은 (a) 화학식 1의 화합물을 포함하는 배터리 전해질 제제에 의해 배터리 전해질을 적어도 부분적으로 대체하는 것, 및/또는 (b) 화학식 1의 화합물을 포함하는 배터리 전해질 제제에 의해 배터리 전해질을 보충하는 것을 포함하며
    Figure pct00026
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있는, 방법.
  19. 상승된 온도 및 압력의 염기성 반응 조건 하에서 화학식 2a 및/또는 화학식 2b의 화합물을 알콜 ROH와 반응시킴으로써, 화학식 1의 화합물을 함유한 제제를 제조하는 방법.
    Figure pct00027
    (1)
    상기 화학식에서,
    R은 불화 알킬기이고, X는 F, Cl, H, CF3, 및 적어도 부분적으로 불화될 수 있는 C1 내지 C6 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 -OR기는 임의의 다른 X기에 대해 시스- 또는 트랜스-관계일 수 있음.
    Figure pct00028
    (2a)
    Figure pct00029
    (2b).
  20. 배터리 전해질 제제의 제조 방법으로서, 상기 방법은 화학식 1의 화합물과 에틸렌, 프로필렌 또는 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 리튬 헥사플루오로포스페이트를 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 화학식 1의 화합물을 사용하여 배터리 용량/배터리 내의 전하 전달/배터리 수명/등을 개선시키는, 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제제는 상기 비수성 전해질 제제의 총 질량에 대해 0.1 wt% 내지 20 wt%의 양으로 존재하는 금속 전해질 염을 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 납, 아연, 또는 니켈의 염인, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 금속 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 모노하이드레이트(LiAsF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 트리플레이트(LiSO3CF3), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Li(FSO2)2N), 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3SO2)2N)를 포함하는 군으로부터 선택된 리튬의 염의 염인, 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제제는 상기 제제의 액체 성분의 0.1 wt% 내지 99.9 wt% 양의 추가 용매를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 추가 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 및 에틸렌 카보네이트(EC)를 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
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