이온 용액 전해질을 포함하는 전기화학 전지 document_id 1020107029407

[청구항 1] 양극 활성 재료, 및 양극 재료와 전자 전도성 접촉된 카본 시트 집전 장치를 포함하는 양극 음극 활성 재료, 및 음극 재료와 전자 전도성 접촉된 집전 장치를 포함하는 음극 이온 투과성 세퍼레이터; 및 상기 음극 및 양극과 이온 전도성 접촉된 전해질 용액 을 포함하는 리튬 이온 전기화학 전지로서, 상기 전해질 용액은 리튬 화합물, 및 하기 화학식 i의 이온 용액, 또는 유기 용매와 하기 화학식 i의 이온 용액의 혼합물에서 선택되는 용매를 포함하는 리튬 이온 전기화학 전지 화학식 i q + e - 상기 화학식에서, q + 는 디알킬암모늄, 트리알킬암모늄, 테트라알킬암모늄, 디알킬포스포늄, 트리알킬포스포늄, 테트라알킬포스포늄, 트리알킬설포늄, (r f ) 4 n + , 및 n, o 또는 s에서 선택되는 1 내지 3 개의 헤테로 원자를 고리원으로서 갖는 5 또는 6 원 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리의 n-알킬 또는 n-수소 양이온으로 구성된 군에서 선택되는 양이온이고, 여기서 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리는 1 내지 5 개의 임의로 치환된 알킬로 임의로 치환되며 e - 는 r 1 -x - r 2 (r 3 ) m , nc-s - , bf 4 - , pf 6 - , r a so 3 - , r a p - f 3 , r a co 2 - , i - , clo 4 - , (fso 2 ) 2 n - , asf 6 - , so 4 - 및 비스[옥살레이트(2-)-o,o']보레이트로 구성된 군에서 선택되는 음이온이고, 여기서 m은 0 또는 1이고 x는 m이 0일 경우 n이며 x는 m이 1일 경우 c이고 r 1 , r 2 및 r 3 은 각각 독립적으로 할로겐, -cn, -so 2 r b , -so 2 -l a -so 2 n - li + so 2 r b , -p(o)(or b ) 2 , -p(o)(r b ) 2 , -co 2 r b , -c(o)r b 및 -h로 구성된 군에서 선택되는 전자 끌기 기이며 단, m=0일 경우 r 1 및 r 2 는 수소 이외의 것이고, m=1일 경우 r 1 , r 2 및 r 3 중 1 이하는 수소이며 각각의 r a 는 독립적으로 c 1-8 퍼플루오로알킬이며 각각의 r b 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 할로알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬, 퍼플루오로페닐, 아릴, 임의로 치환된 바르비투르산 및 임의로 치환된 티오바르비투르산으로 구성된 군에서 선택되며 각각의 r f 는 독립적으로 알킬 또는 알콕시알킬이며; 여기서 알킬 또는 퍼플루오로알킬의 1 이상의 탄소-탄소 결합은 -o- 또는 -s-에서 선택되는 구성 요소로 임의로 치환되어 에테르 또는 티오에테르 연결을 형성하며, 아릴은 할로겐, c 1-4 할로알킬, c 1-4 퍼플루오로알킬, -cn, -so 2 r c , -p(o)(or c ) 2 , -p(o)(r c ) 2 , -co 2 r c 및 -c(o)r c 로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 5 개의 구성 요소로 임의로 치환되며, 여기서 r c 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬 또는 퍼플루오로페닐이고, l a 는 c 1-4 퍼플루오로알킬렌이다 [청구항 2] 제1항에 있어서,유기 용매는 탄산염, 락톤 또는 이의혼합물인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 3] 제1항에 있어서,용매는 유기 용매와 이온 용액의 혼합물이고, 유기 용매 및 이온 용액은 부피 비가 약 1:10 내지 약 10:1이며, 용매는 유기 용매와 이온 용액혼합물인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 4] 제1항에 있어서,이온은인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 5] 제1항에 있어서,이온은 (cf3so2)3c-, (cf3so2)2ch-, cf3(ch2)3so3-, (cf3so2)2n-, (cn)2n-, so4-, cf3so3-, nc-s-, bf4-, pf6-, clo4-, (cf3cf2)3p-f3, cf3co2-, i-, so4- 및 비스[옥살레이트(2-)-o,o']보레이트로 구성된 군선택되는 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 6] 제1항에 있어서,양극 활성 재료는 licoo2, 스피넬 limn2o4, 크롬 도핑 스피넬 리튬 망간 산화물, 층상 limno2, linio2, linixco1-xo2, 산화바나듐, lifepo4, lifeti(so4)3, li1+xaym2-yo4 및 limxo4(식 중, 첨자 x는 약 0 내지 1의 실수이고; 첨자 y는 약 0 내지 1의 실수이며; m 및 a는 각각 독립적으로 fe, mn, co, ni 또는 이의 조합이고; x는 p, v, s, si 또는 이의 조합임)로 구성된 군에서 선택되는 리튬 삽입 전이 금속 산화물, 황산염 또는 인산염포함하는 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 7] 제6항에 있어서,양극 활성 재료는 lini0.5mn1.5o4를포함하는 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 8] 제1항에 있어서,음극 활성 재료는 리튬 층간 삽입 탄소, 리튬 금속 질화물, 금속 리튬 합금, 금속 산화물, 탄소 미세 구슬, 천연 흑연, 탄소 섬유, 흑연 미세 구슬, 탄소 나노튜브, 경질 탄소 또는 흑연편 또는 이의 조합포함하는 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 9] 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,집전 장치는 흑연 시트, 탄소 섬유 시트, 카본 폼(carbon foam) 및 탄소 나노튜브 필름 및/또는 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 전도성 카본 시트이고, 이들 각각은 평면 전자 전도성이상인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 10] 제9항에 있어서,전도성 카본 시트의 평면 전자 전도성은이상인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 11] 제9항에 있어서,전도성 카본 시트의 평면 전자 전도성은이상인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 12] 제1항에 있어서,리튬 화합물은 화학식인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 13] 제12항에 있어서,리튬 화합물은인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 14] 제1항에 있어서,리튬 화합물은 하기 화학식 ii를 갖는 것인 리튬 이온 전기화학 전지:화학식 iir1-x-(li+)r2(r3)n상기 화학식에서,n은 0 또는 1이고;x는 n이 0일 경우 n이며;x는 n이 1일 경우 c이며;r1, r2 및 r3은 각각 독립적으로 할로겐, -cn, -so2rb, -so2-(-rb-so2li+)so2-rb, -p(o)(orb)2, -p(o)(rb)2, -co2rb, -c(o)rb 및 -h로 구성된 군에서 선택되는 전자 끌기 기이며; 단, n=0일 경우 r1 및 r2는 수소 이외의 것이고, n=1일 경우 r1, r2 및 r3 중 1 이하는 수소이며;각각의 rb는 독립적으로 c1-8알킬, c1-8할로알킬, c1-8퍼플루오로알킬, 퍼플루오로페닐, 아릴, 임의로 치환된 바르비투르산 및 임의로 치환된 티오바르비투르산으로 구성된 군에서 선택되며, 여기서 알킬 또는 퍼플루오로알킬의 1 이상의 탄소-탄소 결합은 -o- 또는 -s-에서 선택되는 구성 요소로 임의로 치환되어 에테르 또는 티오에테르 연결을 형성하며, 아릴은 할로겐, c1-4할로알킬, c1-4퍼플루오로알킬, -cn, -so2rc, -p(o)(orc)2, -p(o)(rc)2, -co2rc 및 -c(o)rc로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 5 개의 구성 요소로 임의치환되며,여기서 rc는 c1-8알킬, 퍼플루오로페닐 또는 c1-8퍼플루오로알킬이고, 여기서 화합물은 양극의 재충전 전위 이상의 산화 전위를 갖는다. [청구항 15] 제14항에 있어서,리튬 화합물은 화학식인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 16] 제1항에 있어서,화학식ia를 갖는 양이온인 것인 리튬 이온 전기화학 전지:화학식 ia상기 화학식에서, r4는 -h, 할로겐 및 c1-4퍼플루오로알킬로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 3 개의 구성 요소로 임의로 치환된 c1-20알콕시알킬 또는 c1-20알킬이며;y1 및 y3은 각각 독립적으로 =n- 및 =crd-로 구성된 군에서 선택되며;y2 및 y4는 각각 독립적으로 =n-, -o-, -s-, -nrd- 및 =crd-로 구성된 군에서 선택되며, 단, y2 및 y4는 동시에 -nrd- 및 =crd-로 구성된 군에서 선택되는 구성 요소가 아니거나, 또는 동시에 -o-, -nrd- 및 -s-로 구성된 군선택되는구성 요소가 아니고; 여기서 각각 rd는 독립적으로 -h, 알킬 또는 알콕시알킬이다. [청구항 17] 제16항에 있어서,화학식ia-1을갖는양이온인 것인리튬 이온 전기화학 전지:화학식 ia-1. [청구항 22] 제17항에 있어서,메틸이며, rd는 c1-8알킬 또는 c1-8알콕시알인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 23] 제1항에 있어서,화학식ib를 갖는 양이온인 것인 리튬 이온 전기화학 전지:화학식 ib상기 화학식에서,r5는 -h, 할로겐 및 c1-4퍼플루오로알킬로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 3 개의 구성 요소로 임의로 치환된 c1-20 알킬 또는 알콕시알킬이고;z1, z2, z3, z4 및 z5는 각각 독립적으로 =n- 및 =cre-로 구성된 군에서 선택되며, 각각의 re는 독립적으로 -h, 알킬 및 알콕시알킬로 구성된 군에서 선택되거나, 또는 임의로 인접 탄소 상의 re 치환기는 이들이 부착되는 원자와 함께 o, n 또는 s에서 선택되는 0 내지 2 개의 추가의 헤테로 원자고리원으로서 갖는5 또는 6 원 고리를 형성한다. [청구항 31] 제1항에 있어서,화학식ic를 갖는 양이온인 것인 리튬 이온 전기화학 전지:화학식 ic상기 화학식에서,첨자 p는 1 또는 2이고;r6 및 r7은 각각 독립적으로 h 또는 임의치환된c1-8알킬이다. [청구항 32] 제31항에 있어서,각각 독립적으로임의치환된8알킬인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 33] 제32항에 있어서,각각 독립적으로 c1-8알킬인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 34] 제33항에 있어서,메틸이며, r7은 c1-8알킬인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 35] 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제20항, 제22항 내지 제29항 또는 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,상한 충전 전압이 약 4.5 내지8 볼트인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 36] 복수의 전지를 포함하는 배터리 팩으로서, 각각의 전지는 하기 화학식 i의 이온 용액을 포함하는 배터리 팩 화학식 i q + e - 상기 화학식에서, q + 는 디알킬암모늄, 트리알킬암모늄, 테트라알킬암모늄, 디알킬포스포늄, 트리알킬포스포늄, 테트라알킬포스포늄, 트리알킬설포늄, (r f ) 4 n + , 및 n, o 또는 s에서 선택되는 1 내지 3 개의 헤테로 원자를 고리원으로서 갖는 5 또는 6 원 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리의 n-알킬 또는 n-수소 양이온으로 구성된 군에서 선택되는 양이온이고, 여기서 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리는 1 내지 5 개의 임의로 치환된 알킬로 임의로 치환되며 e - 는 r 1 -x - r 2 (r 3 ) m , nc-s - , bf 4 - , pf 6 - , r a so 3 - , r a p - f 3 , r a co 2 - , i - , clo 4 - , (fso 2 ) 2 n - , asf 6 - , so 4 - 및 비스[옥살레이트(2-)-o,o']보레이트로 구성된 군에서 선택되는 음이온이고, 여기서 m은 0 또는 1이고 x는 m이 0일 경우 n이며 x는 m이 1일 경우 c이고 r 1 , r 2 및 r 3 은 각각 독립적으로 할로겐, -cn, -so 2 r b , -so 2 -l a -so 2 n - li + so 2 r b , -p(o)(or b ) 2 , -p(o)(r b ) 2 , -co 2 r b , -c(o)r b 및 -h로 구성된 군에서 선택되는 전자 끌기 기이며 단, m=0일 경우 r 1 및 r 2 는 수소 이외의 것이고, m=1일 경우 r 1 , r 2 및 r 3 중 1 이하는 수소이며 각각의 r a 는 독립적으로 c 1-8 퍼플루오로알킬이며 각각의 r b 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 할로알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬, 퍼플루오로페닐, 아릴, 임의로 치환된 바르비투르산 및 임의로 치환된 티오바르비투르산으로 구성된 군에서 선택되며 각각의 r f 는 독립적으로 알킬 또는 알콕시알킬이며; 여기서 알킬 또는 퍼플루오로알킬의 1 이상의 탄소-탄소 결합은 -o- 또는 -s-에서 선택되는 구성 요소로 임의로 치환되어 에테르 또는 티오에테르 연결을 형성하며, 아릴은 할로겐, c 1-4 할로알킬, c 1-4 퍼플루오로알킬, -cn, -so 2 r c , -p(o)(or c ) 2 , -p(o)(r c ) 2 , -co 2 r c 및 -c(o)r c 로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 5 개의 구성 요소로 임의로 치환되며, 여기서 r c 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬 또는 퍼플루오로페닐이고, l a 는 c 1-4 퍼플루오로알킬렌이다 [청구항 37] 양극 활성 재료, 및 양극 재료와 전자 전도성 접촉된 카본 시트 집전 장치를 포함하는 양극 음극 활성 재료, 및 음극 재료와 전자 전도성 접촉된 집전 장치를 포함하는 음극 제1 부속 장치 단부(attachment end) 및 제2 부속 장치 단부를 갖는 1 이상의 양극 탭(여기서, 상기 1 이상의 양극 탭의 제1 부속 장치 단부는 상기 양극 카본 시트 집전 장치에 접속됨); 및 제1 부속 장치 단부 및 제2 부속 장치 단부를 갖는 1 이상의 음극 탭(여기서, 상기 1 이상의 음극 탭의 상기 제1 부속 장치 단부는 상기 음극 집전 장치에 접속됨) 이온 투과성 세퍼레이터; 및 상기 음극 및 양극과 이온 전도성 접촉된 전해질 용액 을 포함하는 리튬 이온 전기화학 전지로서, 상기 전해질 용액은 리튬 화합물, 및 하기 화학식 i의 이온 용액, 또는 유기 용매와 하기 화학식 i의 이온 용액의 혼합물에서 선택되는 용매를 포함하는 리튬 이온 전기화학 전지 화학식 i q + e - 상기 화학식에서, q + 는 디알킬암모늄, 트리알킬암모늄, 테트라알킬암모늄, 디알킬포스포늄, 트리알킬포스포늄, 테트라알킬포스포늄, 트리알킬설포늄, (r f ) 4 n + , 및 n, o 또는 s에서 선택되는 1 내지 3 개의 헤테로 원자를 고리원으로서 갖는 5 또는 6 원 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리의 n-알킬 또는 n-수소 양이온으로 구성된 군에서 선택되는 양이온이고, 여기서 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 고리는 1 내지 5 개의 임의로 치환된 알킬로 임의로 치환되며 e - 는 r 1 -x - r 2 (r 3 ) m , nc-s - , bf 4 - , pf 6 - , r a so 3 - , r a p - f 3 , r a co 2 - , i - , clo 4 - , (fso 2 ) 2 n - , asf 6 - , so 4 - 및 비스[옥살레이트(2-)-o,o']보레이트로 구성된 군에서 선택되는 음이온이고, 여기서 m은 0 또는 1이고 x는 m이 0일 경우 n이며 x는 m이 1일 경우 c이고 r 1 , r 2 및 r 3 은 각각 독립적으로 할로겐, -cn, -so 2 r b , -so 2 -l a -so 2 n - li + so 2 r b , -p(o)(or b ) 2 , -p(o)(r b ) 2 , -co 2 r b , -c(o)r b 및 -h로 구성된 군에서 선택되는 전자 끌기 기이며 단, m=0일 경우 r 1 및 r 2 는 수소 이외의 것이고, m=1일 경우 r 1 , r 2 및 r 3 중 1 이하는 수소이며 각각의 r a 는 독립적으로 c 1-8 퍼플루오로알킬이며 각각의 r b 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 할로알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬, 퍼플루오로페닐, 아릴, 임의로 치환된 바르비투르산 및 임의로 치환된 티오바르비투르산으로 구성된 군에서 선택되며 각각의 r f 는 독립적으로 알킬 또는 알콕시알킬이며; 여기서 알킬 또는 퍼플루오로알킬의 1 이상의 탄소-탄소 결합은 -o- 또는 -s-에서 선택되는 구성 요소로 임의로 치환되어 에테르 또는 티오에테르 연결을 형성하며, 아릴은 할로겐, c 1-4 할로알킬, c 1-4 퍼플루오로알킬, -cn, -so 2 r c , -p(o)(or c ) 2 , -p(o)(r c ) 2 , -co 2 r c 및 -c(o)r c 로 구성된 군에서 선택되는 1 내지 5 개의 구성 요소로 임의로 치환되며, 여기서 r c 는 독립적으로 c 1-8 알킬, c 1-8 퍼플루오로알킬 또는 퍼플루오로페닐이고, l a 는 c 1-4 퍼플루오로알킬렌이다 [청구항 38] 제37항에 있어서,전도성 카본 시트의 평면 전자 전도성은이상인 것인리튬 이온 전기화학 전지. [청구항 39] 제37항에 있어서,전도성 카본 시트의 평면 전자 전도성은이상인 것인리튬 이온 전기화학 전지.