TW202212308A - 組成物 - Google Patents

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安德魯 沙瑞特
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Abstract

一種包含金屬離子及式(1)化合物之調配物在非水性電池組電解質調配物中之用途：
Figure 110134405-A0202-11-0001-1
在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。

Description

組成物
本發明係關於用於包括電池組及電容器之儲能裝置、尤其用於二次電池組及被稱為超級電容器之裝置的非水性電解溶液。
存在兩種主要類型之電池組：一次電池組及二次電池組。一次電池組亦稱為不可再充電電池組。二次電池組亦稱為可再充電電池組。熟知類型之可再充電電池組為鋰離子電池組。鋰離子電池組能量密度高、無記憶效應且自放電低。
鋰離子電池組通常用於可攜式電子裝置及電動車。在電池組中，鋰離子在放電期間自負電極移動至正電極且在充電時返回。
通常，電解溶液包括非水性溶劑及電解質鹽以及添加劑。電解質通常為含有鋰離子電解質鹽之有機碳酸酯之混合物，該等有機碳酸酯諸如為碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、氟代碳酸伸乙酯、碳酸二烷基酯(諸如碳酸乙基甲酯)以及醚及聚醚(諸如二甲氧基乙烷)。許多鋰鹽可用作電解質鹽；常見實例包括六氟磷酸鋰(LiPF6)、雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI)及雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰(LiTFSI)。
電解溶液必須在電池組內執行多個單獨作用。
電解質之主要作用為促進陰極與陽極之間的電荷流動。此藉 由以下方式實現：將電池組內之金屬離子輸送至陽極及陰極中之一者或兩者或自陽極及陰極中之一者或兩者輸送電池組內之金屬離子，由此在化學還原或氧化時，釋放/採用電荷。
因此，電解質需要提供一種能夠溶劑化及/或支撐金屬離子之介質。
由於鋰電解質鹽之使用及鋰離子與對水具有極強反應性之鋰金屬的互換以及其他電池組組件對水之敏感性，電解質通常為非水性的。
另外，電解質必須具有合適的流變特性，以准許/增強在電池組所曝露且預期電池組會起作用之典型操作溫度下，離子在電解質中流動。
此外，電解質必須儘可能為化學惰性的。就電池組之預期使用期限而言，此點對於電池組內(例如，電極及殼體)之內部腐蝕及電池組洩漏之問題尤其重要。考慮到化學穩定性，易燃性亦為重要的。令人遺憾的是，典型電解質溶劑可為安全隱患，因為其通常包括可燃材料。
此係可能造成問題，因為在操作中在放電或被放電時，電池組可能會積聚熱量。對於諸如鋰離子電池組之高密度電池組尤其如此。因此，期望電解質呈現低可燃性，以及諸如高閃點之其他相關特性。
亦期望電解質在使用之後的可處置性方面不會引起環境問題，或不會引起諸如全球暖化可能之其他環境問題。
「一些雙親核試劑與(三氟甲基)乙炔之加成反應中之區位選擇性(Regioselectivity in addition reactions of some binucleophilic reagents to(trifluoromethyl)acetylene)」Stepanova等人，《俄羅斯有機化學雜誌(Zhurnal Organicheskoi Khimii)》(1988),24(4),692-9描述具有CF3CH2基團之二氧雜環戊烷在相對低選擇性水準下之製備。
在本說明書中對先前已獨立出版之文獻之列舉或論述不必 被視為承認該文獻為目前先進技術之一部分或為公共常識。
本發明之目的為提供一種非水性電解溶液，其與先前技術之非水性電解溶液相比提供改善的特性。
用途態樣
根據本發明之第一態樣，提供一種包含金屬離子及式(1)化合物之調配物在非水性電池組電解質調配物中之用途。
根據本發明之第二態樣，提供一種包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物的非水性電池組電解質調配物在電池組中之用途。
組成物/裝置態樣
根據本發明之第三態樣，提供一種電池組電解質調配物，其包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物。
根據本發明之第四態樣，提供一種調配物，其包含金屬離子及式(1)化合物，視情況與溶劑組合。
根據本發明之第五態樣，提供一種電池組，其包含含有金屬離子及式(1)化合物之電池組電解質調配物。
方法態樣
根據本發明之第六態樣，提供一種降低電池組及/或電池組電解質調配物之閃點之方法，其包含添加包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物的調配物。
根據本發明之第七態樣，提供一種向物品供電之方法，其包含使用包含電池組電解質調配物之電池組，該電池組電解質調配物包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物。
根據本發明之第八態樣，提供一種改造電池組電解質調配物之方法，其包含：(a)用包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物之電池組電解質調配物至少部分地替換該電池組電解質，及/或(b)用包含式(1)化合物之電池組電解質調配物補充該電池組電解質。
根據本發明之第九態樣，提供一種製備電池組電解質調配物之方法，該方法包含將式(1)化合物與含金屬離子之鹽及其他溶劑或共溶劑混合。
根據本發明之第十態樣，提供一種製備電池組電解質調配物之方法，其包含將包含式(1)化合物之組成物與含金屬離子之化合物混合。
根據本發明之第十一態樣，提供一種藉由使用包含金屬離子及式(1)化合物之調配物來改進電池組容量/電池組內之電荷轉移/電池組壽命/等的方法。
根據本發明之第十二態樣，提供一種藉由使用包含金屬離子及式(1)化合物之調配物來減少在循環期間電池組之電極中之一者或兩者處產生之過電位的方法。
圖式繪示對來自實例之一些反應產物進行的各種光譜分析技術之結果。
圖1展示2,3-環氧基1,1,1-三氟丙烷(TFPO)與歐拉試劑之反應產物的19F NMR光譜。
圖2展示用歐拉試劑開環的2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷之反應產物的19F NMR光譜。
圖2a展示用歐拉試劑開環的2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷 之反應產物的質子耦合19F NMR光譜。
圖2b展示用歐拉試劑開環的2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷之反應產物的質子去耦合19F NMR光譜
圖3展示用歐拉試劑開環的2,3-環氧基-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丙烷之反應產物的19F NMR光譜。
圖4a至d展示以下之19F NMR光譜：
圖4a：醚A、碳酸伸乙酯及LiPF6
圖4b：醚A、碳酸伸乙酯及LiFSI
圖4c：醚B、碳酸伸乙酯及LiPF6
圖4d：醚B、碳酸伸乙酯及LiFSI
式(1)化合物
參考本發明之所有態樣，式(1)之較佳實施例為具有以下結構之經部分氟化的醚：
Figure 110134405-A0202-12-0005-4
在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
最佳地，R5為甲基；較佳地，R1及R2為CF3且R3及R4為 H；或者，R1為CF3，R2為H，R3及R4中之一者為F，且R3及R4中之一者為H；進一步可替代地，R1為CF3，R2為H，且R3及R4為H。
優點
在本發明之態樣中，已發現電解質調配物為意外地有利的。
在電解質溶劑組成物中使用包含式(1)化合物之調配物的優勢以多種方式呈現。其存在可降低電解質組成物之易燃性(諸如當例如藉由閃點量測時)。其氧化穩定性使得其適用於需要在惡劣條件下及在高溫下工作之電池組，且其與常見電極化學物質相容且甚至可以經由其與該等化學物質相互作用而增強此等電極之效能。
另外，包括式(1)化合物之電解質組成物可具有優異物理特性，包含低黏度及低熔點，但還包含高沸點，具備使用中之極少或無氣體產生之相關優勢。電解質調配物可在表面(尤其為含氟表面)上極好地潤濕並擴散；假定此係由於其黏著力與內聚力之間的有益關係，從而產生小接觸角。
此外，包含式(1)化合物之電解質組成物可具有優良電化學特性，包括改良之容量保持、減少一或兩個電極處在循環期間之過電位產生、改良之循環特性及容量保持率、與其他電池組組件(例如，隔板及集電器)以及與所有類型之陰極及陽極化學物質之改良之相容性，包括系統在一系列電壓及尤其高電壓範圍內操作，且其包括諸如矽之添加劑。另外，電解質調配物顯示對金屬(例如，鋰)鹽之良好溶劑化及與存在的任何其他電解質溶劑之相互作用。
與本發明之態樣相關之較佳特徵如下。除非上下文另有指示，否則本發明之給定態樣、特徵或參數之偏好及選項應被視為已與本發明之所有態樣、特徵及參數的任何及所有偏好及選項組合地加以揭示。
電解質調配物
電解質調配物將較佳地包含0.1重量%至99.9重量%之式(1)化合物，適宜地50.0重量%至99.9重量%之式(1)化合物。
金屬鹽
非水性電解質溶液進一步包含金屬離子。通常，金屬離子來自離子鹽，諸如金屬電解質鹽。通常，該金屬電解質鹽視應用而定以相對於非水性電解質調配物之總質量的0.1重量%至90重量%之量存在。
金屬鹽通常包含鋰鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鉛鹽、鋅鹽、銨鹽或鎳鹽。(在此，當然應瞭解，「銨」本身並非金屬。然而，銨為陽離子且可形成充當電解質鹽之離子鹽。
較佳地，金屬鹽包括鋰鹽，諸如選自包含以下之群組的彼等鹽：六氟磷酸鋰(LiPF6)、單水合六氟砷酸鋰(LiAsF6)、過氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)、雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI，Li(FSO2)2N)及雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰(LiTFSI，Li(CF3SO2)2N)。
最佳地，金屬鹽包括LiPF6、LiFSI或LiTFSI。因此，在本發明之第四態樣之最佳變體中，提供一種包括LiPF6、LiFSI、LiTFSI及式(1)化合物(視情況與一或多種共溶劑組合)之調配物。
或者，金屬鹽包含銨鹽。最佳銨係指NH4 +四級銨陽離子或可替代地NH4-xRx +，其中一或多個氫原子由有機基團(由R指示)置換。有機基團之較佳實例包括C1-C20烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基。尤其較佳為四乙基銨。
較佳銨鹽包括氟硼酸鹽，諸如四氟硼酸鹽，諸如BF4 -。
溶劑
非水性電解溶液可包含溶劑。溶劑之較佳實例包括氟代碳酸伸乙酯(FEC)及/或碳酸伸丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、碳酸伸乙酯(EC)、二甲氧基乙烷(DME)、二氧雜環戊烷(DOL)或乙腈。
若存在，則額外溶劑占電解質之液體組分之0.1重量%至99.9重量%。
添加劑
非水性電解溶液可包括添加劑。
適合之添加劑可充當表面成膜劑，其在正電極或負電極之表面上形成離子可滲透膜。此可防止非水性電解溶液及電解質鹽在電極表面上發生之分解反應，由此阻止非水性電解溶液在電極表面上之分解反應。
成膜劑添加劑之實例包括碳酸伸乙烯酯(VC)、亞硫酸伸乙酯(ES)、雙(草酸根基)硼酸鋰(LiBOB)、環己苯(CHB)及鄰聯三苯(OTP)。可單獨使用添加劑，或可組合使用兩種或多於兩種添加劑。
當存在時，添加劑以相對於非水性電解質調配物之總質量0.1重量%至3重量%的量存在。
電池組
一次/二次電池組
電池組可包括一次電池組(不可再充電)或二次電池組(可再充電)。最佳地，電池組包含二次電池組。
包含非水性電解溶液之電池組將通常包含若干個元件。構成較佳非水性電解質二次電池組單元之元件描述於下文中。將瞭解，可存在其他電池組元件(諸如溫度感測器)；下文電池組件之清單並不意欲為窮盡性的。
電極
電池組通常包括正電極及負電極。通常，電極為多孔的且准許金屬離子(鋰離子)藉由稱為插入(嵌入)或提取(解嵌入)之方法移入其結構及自其中移出。
對於可再充電電池組(二次電池組)，術語陰極指示在放電循環期間發生還原之電極。對於鋰離子電池，正電極(「陰極」)為以鋰為主之電極。
正電極(陰極)
正電極通常由諸如金屬箔之正電極集電器構成，視情況其中正電極活性材料層安置於正電極集電器上。
正電極集電器可為金屬箔，該金屬箔在施加至正電極之一定範圍電位下為穩定的；或可為具有金屬表層之膜，該金屬表層之膜在施加至正電極之一定範圍電位下為穩定的。鋁(Al)作為在施加至正電極之一定範圍的電位下為穩定的金屬係期望的。
正電極活性材料層一般包括正電極活性材料及諸如導電劑及黏合劑之其他組分。該正電極活性材料層一般藉由在溶劑中混合組分，將混合物施加至正電極集電器上，隨後進行乾燥及輥壓來獲得。
正電極活性材料可為鋰(Li)或含鋰過渡金屬氧化物。過渡金屬元素可為選自由以下組成之群組之至少一者：鈧(Sc)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)及釔(Y)。在此等過渡金屬元素中，錳、鈷及鎳為最佳的。
此外，在某些實施例中，過渡金屬氟化物可為較佳的。
過渡金屬氧化物中之過渡金屬原子中的一些可由非過渡金屬元素之原子替換。非過渡元素可選自由以下各者組成之群組：鎂(Mg)、 鋁(Al)、鉛(Pb)、銻(Sb)及硼(B)。在此等非過渡金屬元素中，鎂及鋁為最佳的。
正電極活性材料之較佳實例包括含鋰的過渡金屬氧化物，諸如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiNi1-yCoyO2(0<y<1)、LiNi1-y-zCoyMnzO2(0<y+z<1)及LiNi1-y-zCoyAlzO2(0<y+z<1)。出於成本及比容量的角度，相對於所有過渡金屬以不小於50mol%之比例含有鎳的LiNi1-y-zCoyMnzO2(0<y+z<0.5)及LiNi1-y-zCoyAlzO2(0<y+z<0.5)係合意的。此等正電極活性材料含有大量鹼組分且因此促進非水性電解溶液之分解而導致耐久性降低。然而，即使當與此等正電極活性材料組合使用時，本發明之非水性電解溶液仍對分解具有抵抗性。
正電極活性材料可為含鋰(Li)過渡金屬氟化物。過渡金屬元素可為選自由以下組成之群組之至少一者：鈧(Sc)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)及釔(Y)。在此等過渡金屬元素中，錳、鈷及鎳為最佳的。
過渡金屬氟化物中之過渡金屬原子中之一些可由非過渡金屬元素之原子置換。非過渡元素可選自由以下各者組成之群組：鎂(Mg)、鋁(Al)、鉛(Pb)、銻(Sb)及硼(B)。在此等非過渡金屬元素中，鎂及鋁為最佳的。
導電劑可用於增加正電極活性材料層之電子導電性。導電劑之較佳實例包括可導電碳材料、金屬粉末及有機材料。特定實例包括乙炔黑(acetylene black)、科琴黑(ketjen black)及石墨形式之碳材料、鋁粉末形式之金屬粉末及伸苯基衍生物形式之有機材料。
黏合劑可用以確保正電極活性材料與導電劑之間的良好接觸，且增大諸如正電極活性材料之組分相對於正電極集電器之表面的黏著 性。黏合劑之較佳實例包括氟聚合物及橡膠聚合物，諸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)乙烯-丙烯-異戊二烯共聚物及乙烯-丙烯-丁二烯共聚物。黏合劑可與增稠劑(諸如羧甲基纖維素(CMC)或聚氧化乙烯(PEO))組合使用。
負電極(陽極)
負電極一般由諸如金屬箔之負電極集電器構成，視情況具有安置於負電極集電器上之負電極活性材料層。
負電極集電器可為金屬箔。銅(無鋰)適合作為金屬。銅易於以低成本加工且具有良好電子導電性。
一般而言，負電極包含碳，諸如石墨或石墨烯或鋰金屬。在較佳實施例中，負電極包含石墨及/或鋰金屬。
基於矽之材料亦可用於負電極。較佳形式之矽呈奈米線之形式，其較佳地存在於載體材料上。載體材料可包含金屬(諸如鋼)或非金屬，諸如碳。
負電極可包括活性材料層。當存在時，活性材料層包括負電極活性材料及其他組分，諸如黏合劑。該正電極活性材料層一般藉由在溶劑中混合組分，將混合物施加至正電極集電器上，隨後進行乾燥及輥壓來獲得。
負電極活性材料不受特別限制，其限制條件為該等材料可儲存且釋放鋰離子。適合的負電極活性材料之實例包括碳材料、金屬、合金、金屬氧化物、金屬氮化物以及嵌入鋰之碳及矽。碳材料之實例包括天然/人造石墨及基於瀝青之碳纖維。金屬之較佳實例包括鋰(Li)、矽(Si)、錫(Sn)、鍺(Ge)、銦(In)、鎵(Ga)、鈦(Ti)、鋰合金、矽合金及錫合金。基於鋰之材料之實例包括鈦酸鋰(Li2TiO3)。
活性材料可呈許多形式，諸如薄膜、箔或負載於三維矩陣上。
如同正電極那般，黏合劑可為氟聚合物或橡膠聚合物，且合乎期望地為橡膠聚合物，諸如苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)。黏合劑可與增稠劑組合使用。
在一較佳實施例中，在二次電池組中，負電極為鋰金屬；在此類實施例中，以及在具有其他負電極之其他實施例中，且在其他電池組類型中，電解質包括LiTFSI及/或LiFSI、二甲氧基乙烷以及式(1)化合物。
隔板
隔板較佳地存在於正電極與負電極之間。隔板具有絕緣特性。隔板可包含具有離子可滲透性之多孔膜。多孔膜之實例包括微孔薄膜、織造織物及非織造織物。用於隔板之適合的材料為聚烯烴，諸如聚乙烯及聚丙烯。
殼體
該等電池組件較佳地安置於保護性殼體內。
殼體可包含任何適合的材料，該材料彈性地提供對電池組之支撐且與供電之裝置進行電接觸。
在一個實施例中，殼體包含模製成電池組形狀之較佳地呈薄片形式之金屬材料。金屬材料較佳地包括在電池組之總成中可調適裝配在一起(例如藉由按壓裝配)之多個部分。較佳地，殼體包括基於鐵/剛之材料。
在另一實施例中，殼體包括模製成電池組形狀之塑膠材料。塑膠材料較佳地包括在電池組之總成中可調適接合在一起(例如藉由按壓-裝配/黏著)之多個部分。較佳地，殼體包括聚合物，諸如聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯或聚單氯氟乙烯。殼體亦可包括用於塑膠材料之其他添加劑，諸如填料或塑化劑。在電池組之殼體主要包含塑膠材料之此 實施例中，殼體之一部分可另外包含可導電/金屬材料以與由電池組供電之裝置建立電接觸。
配置
正電極及負電極可經由隔板捲繞或堆迭在一起。其連同非水性電解溶液一起容納於外部殼體中。正電極及負電極以其單獨部分電連接至外部殼體。
模組/包
多個/複數個電池組電池可製成電池組模組。在電池組模組中，電池組電池可串聯及/或並聯組織。通常，此等電池組包覆於機械結構中。
可藉由將多個模組以串聯或並聯連接在一起而裝配電池組包。通常，電池組包包括其他特徵，諸如感測器及包括電池組管理系統及熱管理系統之控制器。電池組包一般包括包覆外殼結構以製成最終電池組包產品。
最終用途
呈個別電池組/電池、模組及/或包形式之本發明電池組(及其對應電解質調配物)意欲用於多種最終產品中之一或多者中。
最終產品之較佳實例包括可攜式電子裝置，諸如GPS導航裝置、攝影機、膝上型電腦、平板電腦及行動電話。最終產品之其他較佳實例包括車輛裝置(為推進系統及/或為其中所存在之任何電動系統或裝置提供電力)，諸如電動腳踏車及機動腳踏車，以及汽車應用(包括混合式電動車及純電動車)。
除非上下文另有指示，否則本發明之給定態樣、特徵或參數之偏好及選項應被視為已與本發明之所有其他態樣、特徵及參數的任何及 所有偏好及選項組合地加以揭示。
現將參考以下非限制性實例來說明本發明。
實例
實例1a：用歐拉試劑進行之2,3-環氧基-1,1,1-三氟丙烷之開環
遵循以下步驟。
˙向反應器中裝入歐拉試劑(Olah's reagent)(70% HF：吡啶，5ml)，且在攪拌下在冰批次中冷卻。
˙隨後逐滴添加2,3-環氧基1,1,1-三氟丙烷(TFPO)(3.4g)。
˙在添加結束時，使反應混合物升溫至室溫。繼續攪拌48小時。
˙在48小時之後，用冰淬滅反應混合物。
˙添加鹽，且用二乙醚(3×5mL)萃取產物。合併二乙醚萃取物，用飽和碳酸氫鉀溶液及水洗滌，隨後經無水硫酸鈉乾燥。在真空中移除二乙醚，得到沸點為91-93℃的呈透明無色液體之所需產物。藉由NMR光譜法確認此產物之身分標識。
實例1b：用歐拉試劑進行之2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷之開環
Figure 110134405-A0202-12-0014-5
使用以下程序使2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷開環：
˙向100ml Hastalloy C壓力反應器中裝入歐拉試劑(70% HF：吡啶，25g)。
˙在密封後，在攪拌下使反應器之內含物冷卻至20℃。
˙隨後添加2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷(11g)。
˙在此添加完成之後，將反應混合物加熱至50℃且攪拌168小時。
˙在168小時之後，用冰淬滅反應混合物且添加飽和氯化鈉溶液(22mL)。
˙用二乙醚自此混合物中萃取產物。
˙合併二乙醚萃取物，用飽和碳酸氫鉀溶液且隨後用水洗滌，隨後經無水硫酸鈉乾燥。藉由NMR光譜法確認該產物之身分標識。
實例1c：用歐拉試劑進行之2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷之開環
Figure 110134405-A0202-12-0015-6
使用以下程序使2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷開環：
˙向100ml Hastalloy C壓力反應器中裝入歐拉試劑(70% HF：吡啶，25g)。
˙在密封後，在攪拌下使反應器之內含物冷卻至20℃。
˙隨後添加2,3-環氧基-1,1,1,3-四氟丙烷(10.6g)。
˙在此添加完成之後，將反應混合物加熱至80℃且攪拌43小時。
˙在43小時之後，藉由GCMS分析反應混合物之樣品，且發現所有進料環氧化物均已反應。
˙冷卻後，用冰淬滅反應混合物且添加飽和氯化鈉溶液(22mL)。
˙用二乙醚自此混合物中萃取產物。
˙合併二乙醚萃取物，用飽和碳酸氫鉀溶液且隨後用水洗滌，隨後經無水硫酸鈉乾燥。藉由NMR光譜法確認該產物之身分標識。
實例2：用歐拉試劑進行之2,3-環氧基-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丙烷之開環
Figure 110134405-A0202-12-0016-7
˙使用以下程序使2,3-環氧基-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丙烷開環：
˙向100ml Hastalloy C壓力反應器中裝入歐拉試劑(70% HF：吡啶，16.5g)。
˙在密封後，在攪拌下使反應器之內含物冷卻至20℃。
˙隨後添加2,3-環氧基-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丙烷(10g)。
˙在此添加完成之後，將反應混合物加熱至50℃且攪拌160小時。
˙在160小時之後，用冰淬滅反應混合物且添加飽和氯化鈉溶液(22mL)。
˙用二乙醚自此混合物中萃取產物。
˙合併二乙醚萃取物，用飽和碳酸氫鉀溶液且隨後用水洗滌，隨後經無水硫酸鈉乾燥。藉由NMR光譜法確認該產物之身分標識。
實例3：用於製備甲基醚之通用方法
在0-5℃下將如上文所描述之實例1a及實例1b/1c中製備之醇添加至包含20% NaOH且含有2%四-正丁基溴化銨(TBAB)之水溶液中。隨後在攪拌下將少量過量之硫酸二甲酯添加至此混合物中。當添加完成時，將反應物攪拌1小時且升溫至室溫。產物隨後藉由蒸餾回收，經無水MgSO4乾燥且隨後經由CaH2再蒸餾，以移除雜質及最終痕量之水。
使用此方法，製備以下兩種甲基醚：
Figure 110134405-A0202-12-0017-8
醚A：19F NMR光譜展現出如下特徵訊息
˙CF3基團=-76.28，dd，3JHF
Figure 110134405-A0202-12-0017-26
4JFF=6.6Hz
˙CFH2基團=-235.21，tdq，2JHF=46.4Hz，3JHF=17.9Hz，4JFF=6.7Hz
Figure 110134405-A0202-12-0017-9
醚B：19F NMR光譜展現出如下特徵訊息
˙CF3基團=-75.31，dt，3JHF
Figure 110134405-A0202-12-0017-27
4JFF=7.7Hz
˙CF2H基團-127.91--130.55，m
實例4：用於製備電解質調配物之方法
使用醚A及B製備樣品電解質調配物，其包含：
˙甲基醚A或B
˙共溶劑-碳酸伸乙酯
˙導電鹽-六氟磷酸鋰或雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI)
製備包含醚及含有1M導電鹽之共溶劑的50：50混合物之溶液。發現此等溶液包含單相且為透明的。
Figure 110134405-A0202-11-0002-3

Claims (26)

  1. 一種包含金屬離子及式(1)化合物之調配物在非水性電池組電解質調配物中之用途，
    Figure 110134405-A0202-13-0001-10
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  2. 如請求項1所述之用途，其中R5為甲基，且較佳R1及R2為CF3，且R3及R4為H；或其中R5為甲基，且較佳R1為CF3，R2為H，R3及R4中之一者為F；或其中R5為甲基，且較佳R1為CF3，R2為H，且R3及R4為H。
  3. 如請求項1或請求項2所述之用途，其中該調配物包含金屬電解質鹽，該金屬電解質鹽以相對於該非水性電解質調配物之總質量的0.1重量%至90重量%之量存在。
  4. 如請求項3所述之用途，其中該金屬鹽為鋰鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鉛鹽、鋅鹽或鎳鹽或四級銨鹽。
  5. 如請求項4所述之用途，其中該金屬鹽為選自包含以下之群組的鋰鹽：六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、過氯酸鋰(LiClO4)、三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)、雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI，Li(FSO2)2N)及 雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰(LiTFSI，Li(CF3SO2)2N)或四乙基四氟硼酸銨。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之用途，其中該調配物包含額外溶劑，該等額外溶劑呈該調配物之液體組分之0.1重量%至99.9重量%的量。
  7. 如請求項6所述之用途，其中該額外溶劑選自包含氟代碳酸伸乙酯(FEC)、碳酸伸丙酯(PC)或碳酸伸乙酯、二甲氧基乙烷、亞硫醯氯、二氧雜環戊烷或乙腈之群組。
  8. 如前述請求項中任一項所述之用途，其中該電池組為二次電池組，負電極為鋰金屬，且該電解質包含式(1)化合物、二甲氧基乙烷及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰及/或雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰。
  9. 一種電池組電解質調配物，其包含金屬離子及式(1)化合物。
  10. 一種調配物，其包含金屬離子及式(1)化合物，視情況與溶劑組合：
    Figure 110134405-A0202-13-0002-11
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  11. 一種電池組，其包含含有金屬離子及式(1)化合物之電池組電解質調配物：
    Figure 110134405-A0202-13-0003-12
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  12. 如請求項9至11中任一項所述之調配物，其中該調配物包含金屬電解質鹽，該金屬電解質鹽以相對於該非水性電解質調配物之總質量的0.1重量%至90重量%之量存在。
  13. 如請求項12所述之調配物，其中該金屬鹽為鋰鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鉛鹽、鋅鹽或鎳鹽。
  14. 如請求項13所述之調配物，其中該金屬鹽為選自包含以下之群組的鋰鹽之鹽：六氟磷酸鋰(LiPF6)、過氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)、雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI，Li(FSO2)2N)及雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰(LiTFSI，Li(CF3SO2)2N)或四乙基四氟硼酸銨。
  15. 如請求項9至14中任一項所述之調配物，其中該調配物包含呈該調配物之該液體組分的0.1重量%至99.9重量%之量的額外溶劑。
  16. 如請求項15所述之調配物，其中該額外溶劑選自包含氟代碳酸伸乙酯(FEC)、碳酸伸丙酯(PC)及碳酸伸乙酯(EC)、二甲氧基乙烷、亞硫醯氯、二氧雜環戊烷或乙腈之群組。
  17. 一種降低電池組及/或電池組電解質之易燃性的方法，其包含添加包含金屬離子及式(1)化合物之調配物：
    Figure 110134405-A0202-13-0004-14
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  18. 一種向物品供電之方法，其包含使用包含含有金屬離子及式(1)化合物之電池組電解質調配物的電池組：
    Figure 110134405-A0202-13-0004-15
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  19. 一種改造電池組電解質調配物之方法，其包含：(a)用包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物之電池組電解質調配物至少部分地替換該電池組電解質，及/或(b)用包含含有金屬離子及式(1)化合物之調配物之電池組電解質調配物補充該電池組電解質：
    Figure 110134405-A0202-13-0005-16
    在式(1)中，R1、R2、R3、R4獨立地選自包含H、F、Cl、Br、I、CF3、烷基、氟烷基、鹵烷基之群組，且R5獨立地選自CF3、烷基、氟烷基、全氟烷基、鹵烷基、全氟鹵烷基之群組。
  20. 一種製備電池組電解質調配物之方法，其包含使包含金屬離子及式(1)化合物之調配物與碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯或氟代碳酸伸乙酯及六氟磷酸鋰混合。
  21. 一種藉由使用包含金屬離子及式(1)化合物之調配物來改進電池組容量/電池組內之電荷轉移/電池組壽命/等的方法。
  22. 如請求項17至21中任一項所述之方法，其中該調配物包含金屬電解質鹽，該金屬電解質鹽以相對於該非水性電解質調配物之總質量的0.1重量%至90重量%之量存在。
  23. 如請求項22所述之方法，其中該金屬鹽為鋰鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鉛鹽、鋅鹽、銨鹽或鎳鹽。
  24. 如請求項23所述之方法，其中該金屬鹽為選自包含以下之群組的鋰鹽：六氟磷酸鋰(LiPF6)、過氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)、雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰(LiFSI，Li(FSO2)2N)及雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鋰(LiTFSI，Li(CF3SO2)2N)或四乙基四氟硼酸銨。
  25. 如請求項17至24中任一項所述之方法，其中該調配物包含呈該調配物之該液體組分的0.1重量%至99.9重量%之量的額外溶劑。
  26. 如請求項25所述之方法，其中該額外溶劑選自包含氟代碳酸伸乙酯(FEC)、碳酸伸丙酯(PC)及碳酸伸乙酯(EC)、二甲氧基乙烷、亞硫醯氯、二氧雜環戊烷或乙腈之群組。
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