專利名稱：有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料及其在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一類有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料及其在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，鋰電池產(chǎn)業(yè)中所使用的有機電解質(zhì)材料主要是烷基碳酸酯類化合物和 LiPF6鋰鹽體系，高溫(60°C以上)下其性能大大下降，而如電動汽車用動力電池要求更高的工作溫度范圍(約為-30至80°C)；而且，烷基碳酸酯類有機電解質(zhì)材料具有很高的可燃性，因此安全性存在巨大的隱患；尤其是在混合動力和全電汽車應(yīng)用領(lǐng)域，安全性問題是制約這些材料實際應(yīng)用的重要因素。對超級電容來說，由于儲存的能量與電解質(zhì)的充電電壓的平方成正比(E = 1/2CV2)，因此提高電解質(zhì)的電化學(xué)窗口將大大提高所存儲的能量。超級電容所用的電解質(zhì)材料主要有水系電解液、有機電解液、離子液體和固態(tài)聚合物電解質(zhì)材料。有機電解質(zhì)主要有烷基碳酸酯(歐洲和日本)和乙腈(Acetonitrile，美國)，這些電解質(zhì)具有較高的電導(dǎo)率；但烷基碳酸酯材料易燃，存在安全性問題，而乙腈盡管具有優(yōu)良的低溫性能，但具有高揮發(fā)性和高毒性。此外，這些有機材料的電化學(xué)窗口約為2. 7V，而水系材料的電化學(xué)窗口更低，約1.2V。離子液體(Ionic Liquid)又稱室溫熔融鹽，是在室溫或室溫附近的溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的化合物，通常由陰離子和含氮(季胺鹽型)、磷(季膦鹽型)等雜原子的有機陽離子構(gòu)成。離子液體是屬于與其他電解質(zhì)材料、傳統(tǒng)有機溶劑和電解液完全不同的一類新型物質(zhì)群，近年來其作為新型綠色電解質(zhì)材料引起了學(xué)術(shù)界的廣泛興趣和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)界的極大期待，極有可能作為下一代新型綠色電解液應(yīng)用于電化學(xué)器件(鋰二次電池、超級電容器、染料敏化太陽電池和燃料電池)中。離子液體種類很多，通過改變陽陰離子的不同組合，可以合成出不同結(jié)構(gòu)的離子液體。離子液體具有許多優(yōu)異的理化特性(1) 蒸氣壓極低；( 耐熱性高，液態(tài)溫度范圍寬(可達(dá)300°C ) ； (3)難燃；(4)化學(xué)穩(wěn)定性高， 且對其它極性物質(zhì)的溶解性能優(yōu)良；( 電化學(xué)窗口寬，分解電壓高(可達(dá)到 6V) ； (6)物理化學(xué)性質(zhì)可通過對陽離子的化學(xué)修飾或改變陰離子進(jìn)行設(shè)計調(diào)節(jié)。離子液體的這些獨特性能使得其作為電解質(zhì)材料在電化學(xué)領(lǐng)域得到逐步而廣泛的應(yīng)用。A. Balducci等報道了離子液體為綠色電解質(zhì)材料應(yīng)用于雜化超級電容的研究 (Applied Physics，2006，627-632)，并討論了使用(CF3S02)2N_為陰離子的環(huán)狀烷基季銨陽離子做為電解質(zhì)應(yīng)用于超級電容。楊立等人報道了一種含N-腈基-N烷基嗎啉陽離子液體， 并討論了其在鋰離子電池中的應(yīng)用，腈基有利于鋰鹽的溶解，從而提高離子電導(dǎo)率(中國專利，200710043429. 9)。Z. Li等報道了一種含三甲基硅基的咪唑類新離子液體，并做為萃取溶劑(Talanta，71，2007，68-7 。R. West 等在美國專利 US7679884B2 和 US2009088583-A1 中，分別報道了有機硅季膦和季銨陽離子類的離子液體電解質(zhì)材料，有機硅離子液體作為電解質(zhì)材料有一些獨特的性質(zhì)，適合于電化學(xué)儲能器件應(yīng)用。
但是人們至今對離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成與材料物化性能和電化學(xué)性能之間的關(guān)系還未有明確認(rèn)識，尤其是做為超級電容和鋰離子電池電解質(zhì)材料，試圖讓離子液體同時具備高離子電導(dǎo)率和高電化學(xué)穩(wěn)定性的困難還未能解決，離子液體電解液與電極材料的相容性還有待改善。因此，為解決上述問題，還需要研究開發(fā)具有新型化學(xué)結(jié)構(gòu)的離子液體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一類有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料。本發(fā)明的另一個目的是提供上述有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用。本發(fā)明有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料是陽離子化學(xué)結(jié)構(gòu)式含有機硅醚的室溫離子液體，所述陽離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下式I所示
權(quán)利要求
1.一種有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料，其特征在于其是陽離子化學(xué)結(jié)構(gòu)式含有機硅醚的室溫離子液體，所述陽離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下式I所示
2.如權(quán)利要求1所述的有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求2所述的有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用，其特征在于所述有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料用做季銨鹽型離子液體電解質(zhì)材料。
4.如權(quán)利要求2或3所述的有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用，其特征在于所述有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料作為電解質(zhì)材料或添加劑應(yīng)用于鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機硅醚室溫離子液體電解質(zhì)材料及其在電化學(xué)儲能器件中的應(yīng)用。其是陽離子化學(xué)結(jié)構(gòu)式含有機硅醚的室溫離子液體，所述陽離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下式I所示其中R1，R2和R3選自相同或不同的C1-C10的烷基；M為如(CH2)nO[(CH2)mO]x(CH2)y結(jié)構(gòu)的醚鏈，n，m為0-10的整數(shù)，x，y為0-10的整數(shù)；R4，R5和R6選自相同或不同的C1-C10烷基或烷氧基團(tuán)或-O-SiR7R8R9，R7，R8和R9為C1-C10的烷基或氫，其中至少一個為烷基。本發(fā)明有機硅醚室溫離子液體可作為電解質(zhì)材料或添加劑應(yīng)用鋰離子電池，離子液體陽離子化學(xué)結(jié)構(gòu)中醚鏈的氧原子可以與鋰離子Li+產(chǎn)生絡(luò)合，促進(jìn)鋰鹽在其中的離解度。此外，陽離子骨架中同時含有疏水性的有機硅基團(tuán)和親水性的醚(聚醚)鏈段，有利于改善電池的界面性能。
文檔編號H01M10/0568GK102372732SQ20101026583
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者張靈志, 趙欣悅, 駱浩 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所