专利名称：具有离子液体电解质的电化学电池的制作方法
具有离子液体电解质的电化学电池相关申请的交叉引用本申请要求2008年5月29日提交的第61/057，179号美国临时专利申请的优先 权，所述申请以其整体引用的方式并入本文中并用于所有目的。
背景技术：
目前在包括消费类电子产品和汽车工业中的各种申请中，对于开发新一代高温稳 定、高电压、不易燃的和持久可充电电池有极大兴趣。因为具有有机溶剂的常规电解质一般是大量使用的并产生难以遏制的有害溢出 的挥发性液体，所以其是危险化学品清单上的高危化学品。已知当使用诸如玻璃碳或钼的 惰性电极时，发现基于有机溶剂的电解质比当使用包含如插层化合物的活性材料的电极时 有较宽的稳定窗口。对于包含活性材料的电极，由于电解质与活性材料的相互作用，发现有 较小的电解质稳定窗口。此外，增加温度加强这些相互作用而导致更小的稳定窗口。离子液体是在环境温度下或接近环境温度下为液体的盐。不像常规有机溶剂，离 子液体是不挥发的、不易燃的和在高达500°C的宽温度范围内是化学稳定的。这些性质有利 于帮助降低蒸发的损失，消除易挥发的有机散发物，并改善安全性。离子液体的其它性质也 证实是有利的。例如，许多离子液体具有在该温度下保持液态的宽的温度范围，并在宽PH 范围内是稳定的。这有利于在所需PH下进行高温处理。离子液体还显示出在25°C下在玻 璃碳电极间测得的高达5. 5V的最宽的电化学稳定窗口(参见MacFarlan^et al. Journal, of PhysicalChemistry B.1999，103，4164)。因此，亟需开发基于具有高热稳定性、宽电化学稳定窗口、低腐蚀性、优异的耐久 性和高离子电导率的锂离子电化学电池和电池的离子液体的电解质。本发明满足了这些和 其它需求。发明概述本发明提供了热稳定的锂离子电化学电池。所述电池包括电解质溶液，其包含锂 化合物、离子液体或有机溶剂和离子液体的混合物。与常规的有机溶剂相比，离子液体允许 容易地得到非常高的电解质浓度。有利地，所述电化学电池具有高热稳定性，宽电化学稳定 窗口、低腐蚀性、优异的耐久性、高工作电压和高离子电导率。比诸如Al和M的其它常规 金属集流体高的碳集流体的阳极稳定性；与离子液体的较高的阳极稳定性结合允许待使用 的阴极活性材料的较高的电压，这将提高电池的能量密度。一方面，本发明提供了锂离子电化学电池。所述电池包括正极，其包含正极活性材 料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体，负极，其包含负极活性材料和与负极材 料电子导电接触的集流体，离子渗透隔板，和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶 液。所述电解质溶液包含锂化合物和溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶剂和 式(I)的离子液体的混合物Q+E^(I)Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基 鳞、三烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S的作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元杂环烷基或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5个 任选取代的烷基任选取代，并且Rf是烷基或烷氧基烷基。Ε—是阴离子，其选自R1-X-R2(Rs) m、NC-S\ BFp PFp RaSOp RaPT3> RaC0” Γ、C104\ (FSO2)2N-, AsFfSOp B-(0Ral) 2 (ORa2) 2 和 双[草酸盐(2-)_0，0’ ]硼酸盐。下标m是0或1。当m是0时，X是N。当m是1时，X是 C。R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb, -SO2-La-SO2NXi+SO2Rb,-P (0) (ORb)2, -P (0) (Rb)2, -CO2Rb、-C (0) Rb 和-H，前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢。每个Ra独立地为全氟烷基。La为Ch全氟 亚烷基。每个Rb独立地选自CV8烷基、C"卤代烷基、C1^8全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选 取代的巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸。所述烷基或全氟烷基的至少一个碳_碳键被 选自-0-或-S-的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、C1^4卤代烷 基、Ch 全氟烷基、-CN、-SO2Rc、-P (0) (ORc)2, -P (0) (Rc)2, -CO2Rc 和-C (0) Rc 的 1 至 5 个成员 任选取代，其中Re独立地为CV8烷基、C1^8全氟烷基或全氟苯基并且La为CV4全氟亚烷基。 Ral和Ra2各自独立地为烷基。在一个实施方案中，两个Ral基团和与两个Ral基团相连的氧 原子以及与两个氧原子相连的硼原子一起形成与具有0至1个氮杂原子的六元芳香环任选 稠合的五_或六-元环，并且任选地两个Ra2基团和与两个Ral基团相连的氧原子以及与两 个氧原子相连的硼原子一起形成与具有0至1个氮杂原子的六元芳香环任选稠合的五_或 六-元环。在某些实施方案中，具有第一连接端和第二连接端的至少一个正极连接片，其中 所述第一连接端与正极集流体相连；任选地，具有第一连接端和第二连接端的至少一个负 极连接片，其中所述第一连接端连接到所述负极集流体上。在其它方面，本发明提供了电池组。所述电池组包括多个电池，其中每个电池包含 式(I)的离子液体Q+E^(I)其中Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四 烷基鳞、三烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S的作为环成员的1至3个杂原子的5-或 6-元杂环烷基或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至 5个任选取代的烷基任选取代，并且每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基。Ε"是阴离子，其选 自 R1-X-R2 (R3)m, NC-S\ BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCOp Γ、ClOp (FSO2) 2N_、AsF6\ SO4-和双 [草酸盐(2-)_0，0’ ]硼酸盐，其中m是0或1。当m是0时，X是N。当m是1时，X是C。 R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2-La-SO2N-Li+SO2Rb、-P (0) (ORb)2、-P(O) (Rb)2、-CO2Rb、-C(O)RlP -H ；前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m= 1 时，R1、! 2和R3中不多于一个是氢。每个Rli立地为C"全氟烷基。每个Rb独立地选自CV8 烷基、CV8卤代烷基、CV8全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的巴比妥酸和任选取代的硫代 巴比妥酸。所述烷基或全氟烷基的至少一个碳-碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以 形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Ch卤代烷基、CH全氟烷基、-CN、-S02Re、-P (0) (ORc)2^-P(O) (Rc)2^-CO2Rc和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中R。独立地为C1^烷基、 CV8全氟烷基或全氟苯基并且La为(^_4全氟亚烷基。从下面的详细描述和图，对于本领域 技术人员本发明的这些及其它方面和优势将变得显而易见。附图简述
图1例示全锂离子电化学电池的放电容量图。电解质溶液为IM的 LiN(SO2CF3)2(LiTFSi)的碳酸乙烯酯(EC)/1_丁基-1-甲基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基) 二酰亚胺，其中EC和1-丁基-1-甲基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺的重量比 为 1 1。图2例示阳极半电池的放电容量图。电解质溶液为IM的LiTFSi的碳酸乙烯酯 (EC)/1-丁基-1-甲基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺，其中EC和1-丁基-1-甲 基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺的重量比为1 1。图3例示阴极半电池的放电容量图。电解质溶液为IM的LiTFSi的碳酸乙烯酯 (EC)/1-丁基-1-甲基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺，其中EC和1-丁基-1-甲 基吡咯烷鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺的重量比为1 1。图4A例示具有四种离子液体的阳极半电池的放电容量，其中EC和各自的离子液 体的重量比为1 1。ILl 己基-3-甲基咪唑鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺；IL2: 1-己基-3-甲基咪唑鐺双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺；TEGDME 四甘醇二甲醚；GVL Y-戊内酯。锂化合物是IM的双(三氟甲基磺酰基)二酰亚胺锂(LiTFSi)。图4B例示具 有多种电解质溶液的电池的第一个循环的库仑效率。图5A例示IM LiTFSi离子液体有机溶剂燃料电池和一个具有IM LiTFSi的有机 溶剂燃料电池；和具有IM LiPF6的第二个燃料电池以及理论电池的放电容量的对比，其中 在每个溶剂混合物中，EC由总溶剂量的50wt%组成。另一个有机溶剂DMC表示碳酸二甲 酯。图5B例示三个锂离子燃料电池的库仑效率，对包含离子液体的电池与没有离子液体的 两个电池的库仑效率进行比较。图6例示如实施例4中所述制造的锂离子电化学电池的第一个循环的电压对测试 时间的图。发明详述除非另作说明，术语“烷基”独自地或作为其它取代基的一部分是指具有规定数量 的碳原子数(即Cp8是指一至八个碳)的直链或支链烃基。烷基的实例包括甲基、乙基、正 丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。对于本 文的每个定义(例如烷基、亚烷基和卤代烷基)，当烷基部分不包括标示主链碳原子数的前 缀时，基团或其部分将具有20或更少的主链碳原子。术语“亚烷基”独自地或作为其它取代基的一部分是指直链或支链饱和二价烃基， 其来自具有前缀所标示的碳原子数的烷烃。例如，(C1-C6)亚烷基是指包括亚甲基、亚乙基、 亚丙基、2-甲基亚丙基、亚戊基等。全氟亚烷基是指所有的氢原子都被氟原子取代的亚烷基。氟亚烷基是指氢原子被 氟原子部分地取代的亚烷基。除非另作说明，术语“卤代”或“卤素”独自地或作为其它取代基的一部分是指氟 原子、氯原子、溴原子或碘原子。术语“卤代烷基”是指包括单卤代烷基和多卤代烷基。例如，术语“Cm卤代烷基” 是指包括三氟甲基、2，2，2-三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基、3-氯-4-氟丁基等。术语“全氟烷基”是指烷基中的所有的氢原子都被氟原子取代的烷基。全氟烷基 的实例包括-CF3、-CF2CF3、-CF2-CF2CF3、-CF (CF3)2、-CF2CF2CF2CF3、-CF2CF2CF2CF2CF3 等。术语“全氟亚烷基”是指二价全氟烷基。术语“芳基”是指未取代的或被一至四个取代基，优选为一、二或三个取代基独立 地取代的5至10个环原子的单价单环、双环或多环芳香烃基，所述取代基选自烷基、环烷 基、环烷基_烷基、商代、氰基、羟基、烷氧基、氨基、酰胺基、单-烷基氨基、二 _烷基氨基、卤 代烷基、卤代烷氧基、杂烷基、COR(其中R为氢、烷基、环烷基、环烷基-烷基、苯基或苯基烷 基、芳基或芳基烷基)、-(CR’ R”)n-C00R(其中η是0至5的整数，R’和R”独立地为氢或烷 基，并且R为氢、烷基、环烷基、环烷基烷基、苯基或苯基烷基芳基或芳基烷基)或_(CR’R”) n-C0NR”’ R””(其中n是0至5的整数，R’和R”独立地为氢或烷基，并且R”’和R””各自 独立地为氢、烷基、环烷基、环烷基烷基、苯基或苯基烷基、芳基或芳基烷基)。更具体地，术 语芳基包括但不限于，苯基、联苯基、1-萘基和2-萘基及其取代形式。术语“杂芳基”是指包含选自N、0或S的一至五个杂原子的芳基(或环)，其中氮 原子和硫原子是任选氧化的，并且氮原子是任选季铵化的。杂芳基的非限制性实例包括吡 啶基、哒嗪基、吡嗪基、嘧啶基、三嗪基、喹啉基、喹喔啉基(quinoxalinyl)、喹唑啉基、噌啉 基、酞嗪基、苯并三嗪基、嘌呤基、苯并咪唑基、苯并吡唑基、苯并三唑基、苯并异噁唑基、异 苯并呋喃基、异氮杂茚基、中氮茚基、苯并三嗪基、噻吩并吡啶基、噻吩并嘧啶基、吡唑并嘧 啶基、咪唑并吡啶基、苯并噻唑基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、吲哚基、喹啉基、异喹啉基、异 噻唑基、吡唑基、口彡丨唑基、蝶啶基、咪唑基、三唑基、四唑基、噁唑基、异噁唑基、噻二唑基、吡 咯基、噻唑基、呋喃基、噻吩基等。术语“环烷基”是指具有标示环原子数(例如C3_6环烷基)并且是完全饱和的或者 在环顶点间具有仅一个双键的烃环。一个或两个C原子可以任选地被碳基取代。“环烷基” 也指双环和多环烃环，例如二环[2. 2. 1]庚烷、二环[2. 2. 2]辛烷等。术语“杂环烷基”是指包含选自N、0和S的一至五个杂原子的环烷基，其中所述氮 原子和硫原子是任选氧化的，并且氮原子是任选季铵化的，剩余的环原子是C。杂环烷基可 以为单环、双环或3至12个，优选为5至8个环原子的多环体系，其中一至五个环原子为杂 原子。杂环烷基还能够为与芳基或杂芳基环稠合的杂环烷基环。杂环烷基的非限制性实例 包括吡咯烷、哌啶基、咪唑烷、吡唑烷、丁内酰胺、戊内酰胺、咪唑烷酮、乙内酰胺、二氧戊环、 苯邻二甲酰亚胺、哌啶、1，4- 二氧六环、吗啉、硫代吗啉、硫代吗啉-S-氧化物、硫代吗啉-S， S-氧化物、哌嗪、吡喃、吡啶酮、3-吡咯啉、噻喃、吡喃酮、四氢呋喃、四氢噻吩、奎宁环等。能 够通过环碳原子或杂原子将杂环烷基连接到分子的剩余部分。在某些实施方案中，上面的术语(例如“烷基”和“芳基”)将包括标示的基团的取 代和未取代形式。下面提供了每个类型的基团的优选的取代基。为了简洁，术语芳基和杂 芳基将指如下面提供的取代的或未取代的形式，而术语“烷基”和相关的脂肪族基团的意思 是指未取代的形式，除非标示为取代的。烷基的取代基(包括通常称为亚烷基和杂环烷基的那些基团)能 够为各种基团，其选自-卤素、-OR，、-NR，R”、-SR，、-SiR，R”R”，、-OC(O) R，、-C (0) R，、-CO2R，、-CONR，R，，、-OC (0) NR，R，，、-NR，，C (0) R，、-NR，-C (0) NR” R”，、-NR” C (0) 2R，、-NH-C (NH2) = NH、-NR，C (NH2) = NH、-NH-C (NH2) = NR，、-S (0) R，、 -S(O)2R',-S (O)2NR' R，，、-NR，S (0) 2R，，、R，、_CN 和-NO2,所述取代基的数目为零至(2m，+1)， 其中m’为这样的基团中的碳原子的总数。R’、R”和R”’各自独立地指氢、未取代的C"烷基、未取代的杂烷基、未取代的芳基、全氟苯基、被1至3个卤素取代的芳基、C1^8全氟烷基、 被1至17个氟原子取代的部分氟代的诸如CV8烷基的烷基、C"烷氧基或CV8硫代烷氧基， 或未取代的芳基-Cy烷基。当R’和R”与相同的氮原子连接时，它们能够与氮原子组合以 形成3-、4-、5-、6_或7-元环。例如，-NR’ R”是指包括1_吡咯烷基和4-吗啉基。作为单 独使用或作为其它基团的一部分的术语“酰基”是指烷基，其中用取代基=0(例如-C(O) CH3、-C(O)CH2CH2OR'等)代替与基团的连接点最接近的碳上的两个取代基。芳基的取代基是各种各样的，并且通常选自_卤素、-0R’、-0C(0)R’、-NR，R，，、-SR，、-R，、-CN、-NO2, -CO2R'、-CONR' R，，、-C(O)R', -OC(O)NR' R，，、-NR "C(O) R，、-NR” C (0) 2R，、-NR，-C (0) NR” R”，、-NH-C (NH2) = NH、-NR，C (NH2) = NH、-NH-C (NH2) =NR，、-S(0)R\ -S(O)2R', -S(O)2NR' R”、-NR，S(O)2R", -N3、全氟(C1-C4)烷氧基和全氟 (C1-C4)烷基、全氟苯基和被1至9个氟原子取代的Cy烷基，所述取代基的数量为零至芳香 环体系上的开放化合价的总数；并且其中R’、R”和R”’独立地选自氢、C"烷基、未取代的 芳基和杂芳基、(未取代的芳基)-C1^4烷基和未取代的芳氧基-Ch-烷基。术语“正极”是指正常环境下的并且当电池充满电时将具有最高电势的可充电锂 离子电池的一对电极之一。保留这样的术语是为了在所有的电池工作条件下都指向相同 物性的电极，即使这样的电极暂时地(例如由于电池过量放电)被驱动或显示出低于其它 (负)电极电势的电势。术语“负极”是指正常环境下当电池充满电时将具有最低电势的可充电锂离子电 池的一对电极之一。保留这样的术语是为了在所有的电池工作条件下都指向相同物性的电 极，即使这样的电极暂时(例如由于电池过量放电)被驱动或显示出高于其它(正)电极 电势的电势。术语“离子液体”是指包含阳离子和阴离子的盐。所述盐在环境温度或接近环境 温度下是液体。优选的，所述阳离子为有机阳离子。一方面，本发明提供了锂离子电化学电池。所述电池包括正极，其包含正极活性材 料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体；负极，其包含负极活性材料和与负极材 料电子导电接触的集流体；离子渗透隔板；和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶 液，其中所述电解质溶液包含锂化合物和溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶 剂与式(I)的离子液体的混合物Q+E-(I)Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基 鳞、三烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S的作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元 杂环烷基或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5 个任选取代的烷基任选取代，并且每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基。E_是阴离子，其 选自 R1-X-R2(R3)1^ NC-S\ BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCOp Γ、ClOp (FSO2) 2N_、AsF6\ S04\ B_(ORal)2 (ORa2)2和双[草酸盐(2-)-0,0']硼酸盐，其中m是0或1。在一个实施方案中，烷 基的取代基能够为烷氧基或如上所规定的任何取代基。当m是0时，X是N。当m是1时，X 是C。R\R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-S02Rb、-S02-La-S02N_Li+S02Rb、 -P (0) (ORb)2, -P (0) (Rb) 2、-CO2Rb、-C (0) Rb 和-H，前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当m= 1时，R1、! 2和R3中不多于一个是氢。在一个实施方案中，卤素是F_。每个Rli立地为 CV8全氟烷基。La为Cy全氟亚烷基。每个Rb独立地选自C^8烷基、CV8卤代烷基、CV8全氟 烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸。所述烷基或全氟 烷基的至少一个碳_碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述 芳基被选自卤素、CV4 卤代烷基、CV4 全氟烷基、-CN、-SO2Re、-P(O) (ORe) 2、-P(O) (Re) 2、-CO2Re 和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中Re独立地为CV8烷基、CV8全氟烷基或全氟苯基 并且La为Ch全氟亚烷基。Ral和Ra2各自独立地为烷基。在某些实例中，Ra、Rb和Re各自 独立地选自全氟苯基和被选自-F或Cy全氟烷基的1至3个成员任选取代的苯基。在一 个实例中，两个Ral基团和与两个Ral基团相连的氧原子以及与两个氧原子相连的硼原子一 起形成与具有0至1个氮杂原子的六元芳香环任选稠合的五_或六-元环，并且任选地两 个Ra2基团和与两个Ral基团相连的氧原子以及与两个氧原子相连的硼原子一起形成与具有 0至1个氮杂原子的六元芳香环任选稠合的五-或六-元环。在式(I)化合物的实施方案的一个基团中，阳离子Q+具有式(Ia)
权利要求
1.锂离子电化学电池，其包括正极，其包含正极活性材料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体； 负极，其包含负极活性材料和与所述负极材料电子导电接触的集流体； 离子渗透隔板；和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶液，其中所述电解质溶液包含锂化合物和 溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶剂与式(I)的离子液体的混合物Q+E^ (I)其中Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基鳞、三 烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元杂环烷基 或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5个任选取代 的烷基任选取代；E-是阴离子，其选自 R1-X-R2 (R3)m、Nd、BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCCV、Γ> C104\ (FSO2)2N-、AsF6_、SO4-和双[草酸盐(2-)-0，0，]硼酸盐，其中 m是 或1 ； 当m是0时，X是N; 当m是1时，X是C;R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2-La-SO2N-Li+SO2Rb、-P(O) (ORb)2, -P(O) (Rb)2, -CO2Rb、-C(O)Rb^P -H ；前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢； 每个Ra独立地为C"全氟烷基；每个Rb独立地选自CV8烷基、CV8卤代烷基、C"全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的 巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸；每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基；并且其中所述烷基或全氟烷基的至少一个碳_碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以形 成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Cy卤代烷基、C1^4全氟烷基、-CN、-SO2Rc, -P (0) (ORc)2^-P(O) (Rc)2^-CO2Rc和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中R。独立地为C1^烷基、 CV8全氟烷基或全氟苯基并且La为Cy全氟亚烷基。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述有机溶剂为碳酸酯、内酯或其混合物。
3.如权利要求1所述的电池，其中溶剂为有机溶剂与离子液体的混合物，并且其中所 述有机溶剂和所述离子液体的体积比为约1 10至约10 1，溶剂为有机溶剂与离子液体 的混合物。
4.如权利要求1所述的电池，其中所述阴离子为CF3SO2X-R2(R3)m。
5.如权利要求1所述的电池，其中所述阴离子选自(CF3SO2)3C_、(CF3SO2) 2CH_、 CF3 (CH2) 3S03\ (CF3SO2) 2N\ (CN) 2N\ S04\ CF3S03\ NC-S\ BF4\ PF6\ C104\ (CF3CF2)3PT3, CF3C02-、Γ、SO4-和双[草酸盐(2-)-0，0，]硼酸盐。
6.如权利要求1所述的电池，其中所述正极活性材料包括磷酸盐、硫酸盐或嵌锂的过 渡金属氧化物，所述嵌锂的过渡金属氧化物选自LiCoO2、尖晶石LiMn2O4、掺铬尖晶石锂锰氧化物、层状 LiMn02、LiNiO2, LiNixCcvxO2、氧化钒、LiFePO4, LiFeTi (SO4)3、Li1+xAyM2_y04 和 LiMXO4,其中下标χ为约0至1的实数；下标y为约0至1的实数；M和A各自独立地为Fe、Mn、Co、Ni或其组合；并且X为P、V、S、Si或其组合。
7.如权利要求6所述的电池，其中所述正极活性材料包括LiNia5Mni.504。
8.如权利要求1所述的电池，其中所述负极活性材料包括嵌锂碳、锂金属氮化物、金属 锂合金、金属氧化物、碳微球、天然石墨、碳纤维、石墨微球、碳纳米管、硬碳或片状石墨或其 组合。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的电池，其中所述集流体为导电碳板，其选自 石墨板、碳纤维板、泡沫碳和碳纳米管膜和/或其混合物，它们中的每个的平面电导率为至 少 1000S/cm。
10.如权利要求9所述的电池，其中所述导电碳板的平面电导率为至少2000S/cm。
11.如权利要求9所述的电池，其中所述导电碳板的平面电导率为至少3000S/cm。
12.如权利要求1所述的电池，其中所述锂化合物具有式Li+E_。
13.如权利要求12所述的电池，其中所述锂化合物为LiPF6、LiBF4、LiC104、(FSO2)2NXi+ 或 AsFf。
14.如权利要求1所述的电池，其中所述锂化合物具有式(II)R1-X-(Li+)R2(R3)nII其中η为 或1 ；当η为0时，X为N;当η为1时，X为C;R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2(-Rb-SO2Li+) SO2-Rb,-P(O) (ORb)2、-P(O) (Rb)2、-CO2Rb、-C(O)RlP -H ；前提是当 η = 0 时，R1 和 R2 不是氢， 并且当η = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢；并且其中每个Rb独立地选自CV8烷基、CV8卤代烷基、C"全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取 代的巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸，其中所述烷基或全氟烷基的至少一个碳-碳键 被选自-ο-或-S-的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、C1^4卤代 烷基、Ch 全氟烷基、-CN、-SO2Rc、-P (0) (ORc)2, -P (0) (Rc)2, -CO2Rc 和-C (0) R。的 1 至 5 个成 员任选取代，其中Re为C"烷基、全氟苯基或C"全氟烷基，其中所述化合物具有高于所述 正极再充电电势的氧化电势。
15.如权利要求14所述的电池，其中所述锂化合物具有式CF3S02N_(Li+)SO2CF315
16.如权利要求1所述的电池，其中Q+为具有式(Ia)的阳离子
17.如权利要求16所述的电池，其中Q+为具有式Ia-I的阳离子
18.如权利要求17所述的电池，其中Y1为=N-或=CRd-0
19.如权利要求18所述的电池，其中Y1为=CRd-
20.如权利要求17所述的电池，其中Y4为-0-。
21.如权利要求16至20中任一权利要求所述的电池，其中Rd为-H。
22.如权利要求17所述的电池，其中Y1、Y3和Y4为=CH-，R4为甲基，并且Rd为C1^8烷 基或C"烷氧基烷基。
23.如权利要求1所述的电池，其中Q+为具有式(Ib)的阳离子
24.如权利要求23所述的电池，其中Z1是=N-。
25.如权利要求24所述的电池，其中Ζ2、Z3、Z4和Z5是=CRe-0
26.如权利要求23所述的电池，其中Z2是=N-。基焼基；Y3——NRd Ia-I
27.如权利要求26所述的电池，其中Ζ1、Z3、Z4和Z5是=CRe-0
28.如权利要求23所述的电池，其中Z3是=N-。
29.如权利要求28所述的电池，其中Ζ1、Z2、Z4和Z5是=CRe-0
30.如权利要求23至29中任一权利要求所述的电池，其中Re为-H。
31.如权利要求1所述的电池，其中Q+为具有式(Ic)的阳离子
32.如权利要求31所述的电池，其中ρ为1并且R6和R7各自独立地为任选取代的CV8焼基。
33.如权利要求32所述的电池，其中R6和R7各自独立地为CV8烷基。
34.如权利要求33所述的电池，其中ρ为1，R6为甲基，并且R7为烷基。
35.如权利要求1至8、10至20、22至29和31至34中任一权利要求所述的电池，其中 所述电池具有约4. 5伏特至5. 8伏特的较高充电电压。
36.电池组，其包括多个电池，其中每个电池包含式(I)的离子液体其中Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基鳞、三 烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元杂环烷基 或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5个任选取代 的烷基任选取代；E-是阴离子，其选自 R1-X-R2 (R3)m、Nd、BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCCV、Γ> C104\ (FSO2)2N-、AsF6_、SO4-和双[草酸盐(2-)-0，0，]硼酸盐，其中m是 或1 ；当m是0时，X是N;当m是1时，X是C;R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2-La-SO2N-Li+SO2Rb、-P(O) (ORb)2, -P(O) (Rb)2, -CO2Rb、-C(O)Rb^P -H ；前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢；每个Ra独立地为C"全氟烷基；每个Rb独立地选自CV8烷基、CV8卤代烷基、C"全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的 巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸；每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基；并且其中所述烷基或全氟烷基的至少一个碳_碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Cy卤代烷基、C1^4全氟烷基、-CN、-SO2Rc, -P (0) (ORc)2^-P(O) (Rc)2^-CO2Rc和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中R。独立地为C1^烷基、 CV8全氟烷基或全氟苯基并且La为Cy全氟亚烷基。
37.锂离子电化学电池，其包括正极，其包含正极活性材料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体； 负极，其包含负极活性材料和与所述负极材料电子导电接触的集流体； 至少一个正极连接片，其具有第一连接端和第二连接端，其中所述至少一个正极连接 片的所述第一连接端连接到所述正极碳板集流体上；至少一个负极连接片，其具有第一连接端和第二连接端，其中所述至少一个负极连接 片的所述第一连接端连接到所述负极集流体上； 离子渗透隔板；和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶液，其中所述电解质溶液包含锂化合物和 溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶剂与式(I)的离子液体的混合物Q+E^ (I)其中Q+是阳离子，其选自二烷基铵、三烷基铵、四烷基铵、二烷基鳞、三烷基鳞、四烷基鳞、三 烷基锍、(Rf)4N+和具有选自N、0或S作为环成员的1至3个杂原子的5-或6-元杂环烷基 或杂芳基环的N-烷基或N-氢阳离子，其中所述杂环烷基或杂芳基环被1至5个任选取代 的烷基任选取代；E-是阴离子，其选自 R1-X-R2 (R3)m、Nd、BFp PF6\ RaSOp RaPT3> RaCCV、Γ> C104\ (FSO2)2N-、AsF6_、SO4-和双[草酸盐(2-)-0，0，]硼酸盐，其中 m是 或1 ； 当m是0时，X是N; 当m是1时，X是C;R1、R2和R3各自独立地为吸电子基团，其选自卤素、-CN、-SO2Rb、-SO2-La-SO2N-Li+SO2Rb、-P(O) (ORb)2, -P(O) (Rb)2, -CO2Rb、-C(O)Rb^P -H ；前提是当 m = 0 时，R1 和 R2 不是氢，并且当 m = 1时，R1、R2和R3中不多于一个是氢； 每个Ra独立地为C"全氟烷基；每个Rb独立地选自CV8烷基、CV8卤代烷基、C"全氟烷基、全氟苯基、芳基、任选取代的 巴比妥酸和任选取代的硫代巴比妥酸；每个Rf独立地为烷基或烷氧基烷基；并且其中所述烷基或全氟烷基的至少一个碳_碳键被选自-ο-或-S-的成员任选取代以形 成醚或硫醚键，并且所述芳基被选自卤素、Cy卤代烷基、C1^4全氟烷基、-CN、-SO2Rc, -P (0) (ORc)2^-P(O) (Rc)2^-CO2Rc和-C(O)Re的1至5个成员任选取代，其中R。独立地为C1^烷基、 CV8全氟烷基或全氟苯基并且La为Cy全氟亚烷基。
38.如权利要求37所述的电池，其中所述导电碳板的平面电导率为至少2000S/cm。
39.如权利要求37所述的电池，其中所述导电碳板的平面电导率为至少3000S/cm。
全文摘要
本发明提供了锂离子电化学电池，其包括离子液体电解质溶液和具有碳板集流体的正极。
文档编号H01M10/36GK102124599SQ200980129330
公开日2011年7月13日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者戴宏力, 迈克尔·艾瑞克森, 马克·洙兹科 申请人:莱登能源公司