EP1205480A2

Tetrakis fluoroalkylborate salts and their use as electrolyte salts

Abstract

Tetrakisfluoroalkylborate salts (I) are new. Tetrakisfluoroalkylborate salts of formula (I) are new: Mn+((BR4)<->)n (I) Mn+ = mono, di- or trivalent cation; R = (CxF2x+1); x = 1-8; and n = 1-3. Independent claims are also included for: (1) a process for the production of a tetrakisfluoroalkylborate salt (I) comprising reaction of a salt of formula (II) with a fluorinating agent in a solvent followed by purification and separation by conventional means; (2) a mixture comprising a salt (I) and at least one polymer; (3) a process for the production of the mixture comprising mixing the salt (I) and at least one polymer, optionally with a solvent; (4) an electrolyte primary battery, secondary battery, capacitor, super capacitor or galvanic cell containing the tetrakisfluoroalkyl borate salt (I). Mn+((B(CN)4)<->)n (II)

EP1205480A2, drawing sheet 1
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30 claims: 2 independent, 28 dependent

  1. 1
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze der allgemeinen Formel (I),         M n+ ([BR 4 ] - ) n      (I) worin M n+ ein einwertiges, zweiwertiges oder dreiwertiges Kation ist, die Liganden R jeweils gleich und geradkettig oder verzweigt sind und für (C x F 2x+1 ) mit 1 ≤ x ≤ 8 stehen und n = 1, 2 oder 3 ist.
  2. 2
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kation M n+ ein Alkalimetall-Kation, vorzugsweise ein Lithium-, Natrium- oder Kalium-Kation, besonders bevorzugt ein Lithium-Kation ist.
  3. 3
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kation M n+ ein Magnesium- oder Aluminium-Kation ist.
  4. 4
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M n+ ein organisches Kation, vorzugsweise ein Nitrosyl-Kation, ein Nitryl-Kation oder ein organisches Kation mit der allgemeinen Formel [N(R 7 ) 4 ] + , [P(N(R 7 ) 2 ) k R 4-k ] + mit 0 ≤ k ≤ 4 oder [C(N(R 7 ) 2 ) 3 ] + ist, wobei die Reste R 7 , jeweils gleich oder verschieden, für H,         C o F 2o+1-p-q H p A q oder A stehen, worin 1 ≤ o ≤ 10, 0 ≤ p ≤ 2o+1, 0 ≤ q ≤ 2o+1 und A jeweils einen gegebenenfalls Heteroatome aufweisenden aromatischen Rest oder einen vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Cycloalkyl-Rest bedeutet.
  5. 5
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 1 ≤ o ≤ 6, 0 ≤ p ≤ 2o+1, 0 ≤ q ≤ 2o+1 sind und A jeweils einen gegebenenfalls Hetereoatome aufweisenden aromatischen Rest oder einen vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Cycloalkyl-Rest bedeutet.
  6. 6
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß A jeweils einen 5- oder 6-gliedrigen, gegebenenfalls Stickstoff- und/oder Schwefel- und/oder Sauerstoffatome aufweisenden aromatischen Rest oder einen vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Cycloalkyl-Rest, vorzugsweise einen Phenyl-Rest oder Pyridin-Rest bedeutet.
  7. 7
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M n+ ein heteroaromatisches Kation der allgemeinen Formel (II) bis (IX) ist, worin die Reste R 1 bis R 6 , jeweils gleich oder verschieden, ggf. auch zwei der Reste R 1 bis R 6 gemeinsam, einen H-Rest, einen Halogen-Rest, vorzugsweise einen Fluor-Rest, oder einen C 1-8 -Alkyl-Rest bedeuten, der gegebenenfalls mit F, Cl, N(C a F (2a+1-b) H b ) 2 , O(C a F (2a+1-b) H b ), SO 2 (C a F (2a+1-b) H b ) oder C a F (2a+1-b) H b substituiert sein kann, worin 1 ≤ a ≤ 6 und 0 ≤ b ≤ 2a+1 bedeuten.
  8. 8
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Liganden R jeweils gleich sind und für (C x F 2x+1 ) mit x = 1 oder 2 stehen.
  9. 9
    Tetrakisfluoroalkylborat-Salze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Liganden R jeweils gleich sind und für einen CF 3 -Rest stehen.
  10. 10
    Verfahren zur Herstellung von Tetrakisfluoroalkylborat-Salzen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (X),         M n+ ([B(CN) 4 ] - ) n      (X) worin M n+ und n die Bedeutung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 haben, durch Umsetzung mit wenigstens einem Fluorierungsmittel in wenigstens einem Lösungsmittel fluoriert und die so erhaltene fluorierte Verbindung der allgemeinen Formel (I) gemäß Anspruch 1 nach den üblichen Methoden gereinigt und isoliert wird.
  11. 11
    Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung mit dem Fluorierungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von -80 bis +20°C, vorzugsweise im Bereich von -60 bis 0 °C durchgeführt wird.
  12. 12
    Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorierungsmittel Fluor, Chlorfluorid, Chlortrifluorid, Chlorpentafluorid, Bromtrifluorid, Brompentafluorid oder ein Gemisch aus wenigstens zwei dieser Fluorierungsmittel, vorzugsweise Chlorfluorid oder Chlortrifluorid oder eine Mischung aus wenigstens zwei Fluorierungsmitteln enthaltend Chlorfluorid und/oder Chlortrifluorid eingesetzt wird.
  13. 13
    Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Fluorwasserstoff, lodpentafluorid, Dichlormethan, Chloroform oder ein Gemisch aus wenigstens zwei dieser Lösungsmittel, vorzugsweise Fluorwasserstoff, eingesetzt wird.
  14. 14
    Gemisch enthaltend a) wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 und b) wenigstens ein Polymeres.
  15. 15
    Gemisch gemäß Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 99 Gew.-% der Komponente a) und 95 bis 1 Gew.-% der Komponente b), vorzugsweise 60 bis 99 Gew.-% der Komponente a) und 40 bis 1 Gew.-% der Komponente b), jeweils bezogen auf die Summe der Komponenten a) und b), enthält.
  16. 16
    Gemisch gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente b) ein Homopolymeres oder Copolymeres von ungesättigten Nitrilen, vorzugsweise Acrylnitril, Vinylidenen, vorzugsweise Vinylidendifluorid, Acrylaten, vorzugsweise Methylacrylat, Methacrylaten, vorzugsweise Methylmethacrylat, zyklischen Ethern, vorzugsweise Tetrahydrofuran, Alkylenoxiden, vorzugsweise Ethylenoxid, Siloxan, Phosphazen, Alkoxysilanen oder eine organisch modifizierte Keramik oder eine Mischung aus wenigstens zwei der vorstehend genannten Homopolymeren und/oder Copolymeren und ggf. wenigstens einer organisch modifizierten Keramik ist.
  17. 17
    Gemisch gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente b) ein Homopolymeres oder Copolymeres von Vinylidendifluorid, Acrylnitril, Methyl(meth)acrylat, Tetrahydrofuran, vorzugsweise ein Homopolymeres oder Copolymeres von Vinylidendifluorid ist.
  18. 18
    Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere zumindest teilweise vernetzt ist.
  19. 19
    Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich wenigstens ein Lösungsmittel enthält.
  20. 20
    Gemisch gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel organische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat oder Methylpropylcarbonat, organische Ester, vorzugsweise Methylformiat, Ethylformiat, Methylacetat, Ethylacetat, Methylpropionat, Ethylpropionat, Methylbutyrat, Ethylbutyrat, γ-Butyrolacton, organische Ether, vorzugsweise Diethylether, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, organische Amide, vorzugsweise Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, schwefelhaltige Lösungsmittel, vorzugsweise Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfit, Diethylsulfit oder Propansulton, aprotische Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril, Acrylnitril oder Aceton, oder zumindest teilweise fluorierte Derivate der vorstehend genannten Lösungsmittel oder Gemische aus wenigstens zwei dieser Lösungsmittel und/oder fluorierten Derivaten dieser Lösungsmittel vorliegen.
  21. 21
    Verfahren zur Herstellung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und wenigstens ein Polymeres und gegebenenfalls wenigstens ein Lösungsmittel mischt.
  22. 22
    Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei 20 bis 90 °C, besonders bevorzugt bei 40 bis 60 °C erfolgt.
  23. 23
    Verwendung wenigstens eines Tetrakisfluoroalkylborat-Salzes der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20 in Elektrolyten, primären Batterien, sekundären Batterien, Kondensatoren, Superkondensatoren oder galvanischen Zellen, gegebenenfalls auch in Kombination mit weiteren Leitsalzen und/oder Zusatzstoffen.
  24. 24
    Elektrolyte enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
  25. 25
    Elektrolyte gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des/der Tetrakisfluoroalkylborat-Salze(s) in dem Elektrolyten 0,01 bis 3 mol/l, vorzugsweise 0,01 bis 2 mol/l, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,5 mol/l beträgt.
  26. 26
    Primäre Batterien enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
  27. 27
    Sekundäre Batterien enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
  28. 28
    Kondensatoren enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
  29. 29
    Superkondensatoren enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
  30. 30
    Galvanische Zellen enthaltend wenigstens ein Tetrakisfluoroalkylborat-Salz der allgemeinen Formel (I) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder wenigstens ein Gemisch gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20.
Independent claims30