[发明专利]适用于锂电池的高纯多卤化硼簇锂盐

说明书

本申请是2005年8月5日提交的美国申请No.11/197,478的部分继续。申请No.11/197,478要求了2004年8月23日提交的美国临时申请No.60/603,576的权益。申请No.11/197,478和60/603,576公开的内容以引用的方式并入本文。

相关专利和专利申请的交叉参考

技术领域

本发明的主题涉及下述共同转让的专利和专利申请：题目为“硼烷的氟化方法”的美国专利No.6781005 B1，和公开号为US20050053841A1和US20050064288A1的美国专利申请，其题目均为“用于锂电解质的多氟化硼簇阴离子”。该专利和专利申请所公开的内容以引用的方式并入本文。

背景技术

[0001]锂二次电池，由于元素锂的还原电势大和低分子量，在功率密度上提供了胜过现有的一次和二次电池技术的惊人改进。在此，锂二次电池是指包含锂金属为负极的电池和包含锂离子主体材料(host material)为负极的电池二者，后者也称作锂离子电池。二次电池是指提供多次充电和放电循环的电池。锂阳离子的小尺寸和高迁移性提供了快速再充电的可能性。这些优点使得锂电池作为便携式电子设备，例如手机和膝上型计算机的理想电源。近来，已开发出大尺寸的锂电池并且已在混合动力车辆市场中得以应用。

[0002]下述专利为锂电池和电化学电池的代表：

[0003]US4,201,839公开了一种基于包含碱金属的阳极、固体阴极和电解质(electrolyte)的电化学电池，其中该电解质为溶于非质子溶剂中的闭合型硼烷化合物。所用的闭合型硼烷的通式为Z₂B_nX_n和ZCRB_mX_m，其中Z为碱金属，C是碳，R是选自有机氢和卤素原子的自由基，B是硼，X为一个或多个选自氢和卤素的取代基，m为5至11的整数，n为6至12的整数。电化学电池中所使用的闭合型硼烷电解质的具体公开的实例包括溴代八硼酸锂(lithiumbromooctaborate)、氯代十硼酸锂(lithium chlorodecaborate)、氯代十二硼酸锂(lithium chlorododecabate)和碘代十二硼酸锂(lithium iododecaborate)。

[0004]US5,849,432公开了用于液体或橡胶状聚合物电解质溶液(electrolytesolution)的电解质溶剂，所述电解质溶液基于具有路易斯酸特性的硼化合物，例如硼连接到氧、卤素原子和硫上。电解质溶液的具体实例包括高氯酸锂和硼碳酸亚乙酯(boron ethylene carbonate)。

[0005]US6,346,351公开了基于盐和溶剂混合物与正极结构高度相容的用于可充电电池的二次电解质系统。四氟硼酸锂和六氟磷酸锂为所述盐的实例。所述溶剂的实例包括碳酸二乙酯、二甲氧基乙烷、甲酸甲酯等。在背景技术中，公开了用于锂电池的公知电解质，其中包括结合于溶剂中的高氯酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、溴化锂和六氟锑酸锂。

[0006]US6,159,640公开了基于氟化的氨基甲酸盐的用于例如移动电话、膝上型计算机、可携式摄像机等电子设备中的锂电池的电解质系统。提出了许多氟化氨基甲酸盐，例如三氟乙基-N，N-二甲基氨基甲酸盐。

[0007]US6,537,697公开了使用包含四(五氟苯基)硼酸锂的无水电解质作为电解质盐的锂二次电池。

[0008]US6514,474公开了在锂电池的应用中，从六氟磷酸锂盐中除去痕量水和酸的必要性以及提纯的方法。

[0009]前述专利所公开的内容以引用的方式并入本文。

[0010]如上所述，虽然公开了许多用于锂电池的含锂盐的锂基电解质，并已在许多电子设备中加以使用，但它们仍存在着安全性、氧化稳定性、热稳定性等方面的问题。氟化电解质盐还具有化合物分解时可产生有害和有毒的HF这样的额外问题。下面是与具体的电解质盐相关的一些不足：六氟磷酸锂主要缺点在于它是不稳定的，生成HF，其导致电极的腐蚀，特别是与LiMn₂O₄阳极材料一起使用时；高氯酸锂具有较低的热稳定性，在超过100℃时导致爆炸性混合物；六氟砷酸锂具有生成有毒砷的问题；三氟甲磺酸锂导致一般用于锂离子电池的铝集电器的严重腐蚀。

发明内容