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Patent 2246955 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2246955
(54) English Title: SOLVENTS AND NOVEL ELECTROLYTIC COMPOSITIONS HAVING A HIGH STABILITY DOMAIN AND HIGH CONDUCTIVITY
(54) French Title: SOLVANTS ET NOUVELLES COMPOSITIONS ELECTROLYTIQUES POSSEDANT UN LARGE DOMAINE DE STABILITE ET UNE CONDUCTIVITE ELEVEE
Status: Expired
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • H01M 10/056 (2010.01)
(72) Inventors :
  • MICHOT, CHRISTOPHE (Canada)
  • BROUILLETTE, DANY (Canada)
  • BARIL, DANIEL (Canada)
  • BERGERON, JEAN-YVES (Canada)
  • ARMAND, MICHEL (Canada)
(73) Owners :
  • ACEP INC. (Canada)
  • UNIVERSITE DE MONTREAL (Canada)
  • CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (France)
(71) Applicants :
  • HYDRO-QUEBEC (Canada)
(74) Agent: NORTON ROSE FULBRIGHT CANADA LLP/S.E.N.C.R.L., S.R.L.
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2009-12-22
(22) Filed Date: 1998-09-10
(41) Open to Public Inspection: 1999-03-11
Examination requested: 2003-07-08
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
2,215,849 Canada 1997-09-11

Abstracts

English Abstract

The present invention relates to novel polar solvents and new electrolytic compositions thereof having a high stability domain, as required for electrochemical applications. The solvents have a highly polar amide function, and are preferably combined with a salt soluble in said solvent and having a delocalized charged anion, and at least one polymer, to form an electrolyte composition.


French Abstract

La présente invention concerne de nouveaux solvants polaires et de nouvelles compositions électrolytiques en découlant et possédant un domaine de stabilité élevé, tel que requis pour les applications dans le domaine électrochimique. Ces solvants possèdent une fonction amide très polaire, et sont préférentiellement combinés à un sel soluble dans ledit solvant et ayant un anion à charge délocalisée, et au moins un polymère, pour former une composition électrolytique.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.





-16-

REVENDICATIONS


1. Composé aprotique polaire ayant des propriétés de solvant et répondant à la

formule générale :


R1R2NX(Z)R7
dans laquelle

X = C ou SO;
Z = O, NSO2NR3R4 ou NCN;

R1 et R2 sont identiques ou différents et représentent C1-18alkyle, C1-18
oxaalkyle, C1-18
alkylène ou C1-18oxaalkylène;

R3 et R4 sont identiques ou différents et représentent C1-18alkyle ou C1-18
oxaalkyle;
R7 est un groupement R F, un groupement R F CH2O-, (R F)2CHO- ou (R F CH2)2N-;

R F est un atome de fluor, un groupement C1-4alkyle, C1-4oxaalkyle ou C1-
4azaalkyle,
avec les restrictions que :

1) si Z = O, alors R F est un atome de fluor, un groupement C1-4oxaalkyle ou
C1-4azaalkyle; et

2) si Z = O et X = SO, alors R F est un atome de fluor ou un groupement
azaalkyle.


2. Composé aprotique polaire selon la revendication 1 dans lequel le
groupement C1-4alkyle, C1-4oxaalkyle ou C1-4azaalkyle dans la définition de R
F est
essentiellement fluoré.




-17-

3. Composition électrolytique comprenant au moins un solvant, un sel soluble

dans le solvant, et au moins un polymère, le solvant est un composé aprotique
polaire
répondant à la formule générale :

R1R2NX(Z)R7
dans laquelle

X = C ou SO;

Z = O, NSO2NR3R4 ou NCN;

R1 et R2 sont identiques ou différents et représentent C1-18alkyle, C1-18
oxaalkyle, C1-18
alkylène ou C1-18oxaalkylène;

R3 à R6 sont identiques ou différents et représentent C1-18alkyle ou C1-18
oxaalkyle;

R7 est un groupement R F, un groupement R F CH2O-, (R F)2CHO-, (R F CH2)2N- ou

NR5R6;

R F est un atome de fluor, un groupement C1-4alkyle, C1-4oxaalkyle ou C1-
4azaalkyle,
avec les restrictions que :

1) si Z = O, alors R F est un atome de fluor, un groupement C1-4oxaalkyle ou
C1-4azaalkyle; et

2) si Z = O et X = SO, alors R F est un atome de fluor ou un groupement
azaalkyle.


4. Composition électrolytique selon la revendication 3 dans laquelle un anion
du
sel soluble est choisi parmi I-, ClO4-, BF4-, PF6-, AsF6-, SbF6-, RFSO3-,
XSO2NSO2X'-,
(XSO2)(X'SO2)(Y)C-, des anions dérivés du 4,5-dicyano-1,2,3-triazole, du 3,5-
bis(R F)-1,2,4-triazole, du tricyanométhane, du pentacyanocyclopentadiène , du




-18-



pentakis(trifluorométhyl)cyclopentadiène, R F SO2NCN-, C(CN)3-, R F SO2C(CN)2-
et
leurs mélanges, dans lesquels,

- X et X' sont choisis parmi R F, R F CH2O-, (R F)2CHO-, (R F CH2)2N-, et R8,
R9R10N-,
avec la restriction qu'au moins un X ou X' est R F, R F CH2O-, (R F)2CHO-, ou
(R F CH2)2N-;

- Y = R F, R F SO2 ou CN;

- R F est tel que défini précédemment et font éventuellement partie d'une
chaîne
macromoléculaire; et

- R8 à R10 sont identiques ou différents, et représentent C1-18alkyle ou C1-18

oxaalkyle, et R8 -R10 font éventuellement partie d'une chaîne
macromoléculaire.


5. Composition électrolytique selon la revendication 3 ou 4 caractérisée en ce

que un cation du sel soluble est choisi parmi des cations dérivés des métaux
alcalins,
des métaux alcalino-terreux et des cations organiques de type "onium", les
cations
organiques de type onium sont choisis parmi des ammoniums, des imidazoliums,
des
sulfoniums, des phosphoniums, des oxoniums et leurs mélanges.


6. Composition électrolytique selon la revendication 5 caractérisée en ce que
le
cation est au moins en partie du lithium.


7. Composition électrolytique selon la revendication 3 caractérisée en ce
qu'elle
comprend, en plus du composé polaire, un co-solvant.




-19-

8. Composition électrolytique selon la revendication 7 caractérisée en ce que
le

co-solvant est aprotique et polaire, et inclut les éthers di-alkyliques de
l'éthylène glycol,
du diéthylène glycol, du triéthylène glycol, des polyéthylène glycols; les
esters, en
particulier ceux de l'acide carbonique, linéaires ou cycliques tels le
diméthylcarbonate,
un méthyl-éthylcarbonate, un diéthylcarbonate, un carbonate d'éthylène, un
carbonate
de propylène ; les esters comme la .gamma.-butyrolactone, les nitriles comme
le glutaronitrile,
le 1,2,6-tricyanohexane ainsi que les mélanges des composés précités, et les
amides
comme le diméthyl formamide, la N-méthylpyrrolidinone.


9. Composition électrolytique selon la revendication 8 caractérisée en ce que
la
masse du polyéthylène glycol est comprise entre 400 et 2000.


10. Composition électrolytique selon la revendication 3 caractérisée en ce que
le
polymère est choisi parmi ceux dont les unités monomères sont dérivées de
l'oxyde
d'éthylène, un oxyde de propylène, une épichlorohydrine, une épifluorohydrine,
du
trifluoroépoxypropane, un acrylonitrile, un méthacrylate de méthyle, du
fluorure de
vinylidène, une N-vinylpyrolidinone, de l'hexafluoropropène, chacun sous forme

d'homo- ou de co-polymère et leurs mélanges.


11. Composition électrolytique selon la revendication 8 caractérisée en ce
qu'elle est plastifiée ou sous forme de gel.



-20-

12. Composition électrolytique selon la revendication 9 caractérisée en ce
qu'au

moins un des polymères est un polyélectrolyte incorporant dans la trame
macromoléculaire des anions de type de ceux à charge délocalisée.


13. Générateur électrochimique caractérisé en ce qu'il utilise une composition

électrolytique telle que définie dans la revendication 3 à titre
d'électrolyte.


14. Générateur électrochimique selon la revendication 13 caractérisé en ce que

l'électrode négative contient du lithium métallique, un de ses alliages, un
composé
d'insertion du carbone, un oxyde à bas potentiel d'insertion, un nitrure
double d'un
métal de transition et de lithium ou leurs mélanges.


15. Générateur électrochimique selon la revendication 14 dans lequel le
composé d'insertion du carbone est du coke de pétrole ou du graphite, et dans
lequel
l'oxyde à bas potentiel d'insertion est un spinelle de titane.


16. Générateur électrochimique selon la revendication 14 caractérisé en ce que

l'électrode positive contient de l'oxyde de vanadium, de l'oxyde mixte de
lithium et de
vanadium, un oxyde double de cobalt et de lithium, un spinelle de manganèse;
un
phosphate double de structure olivine ou Nasicon, un sel de l'acide
rhodizonique, un
polydisulfure dérivé de l'oxydation du dimercaptoéthane, du 2,5-dimercapto-
1,3,4-
thiadiazole, 2,5-dimercapto-1,3,4-oxadiazole, du 1,2-dimercaptocyclobutène-3,4-
dione
ou leurs mélanges.




-21-


17. Système de stockage de l'énergie électrique de type supercapacité
caractérisé
en ce qu'il utilise comme électrolyte une composition électrolytique telle que
définie dans
la revendication 3.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



CA 02246955 1998-09-10
TITRE

Solvants et nouvelles compositions électrolytiques possédant un large
domaine de stabilité et une conductivité élevée

DOMAINE DE L'INVENTION

Le domaine de l'invention est celui de nouveaux solvants polaires et de
nouvelles compositions électrolytiques en découlant et possédant un domaine de
stabilité
élevé, tel que requis pour les applications dans le domaine électrochimique.

ART ANTÉRIEUR

On connaît les solvants aprotiques polaires comme les carbonates
cycliques ou linéaires, les éthers employés seuls ou en mélange, dans de
nombreuses
compositions électrolytiques. La stabilité de ces composés face à des
potentiels très
négatifs, proches de ceux des métaux alcalins, ou très positifs (> 4V par
rapport à

Li+ / Li ), est loin d'être satisfaisante, et les batteries au lithium
comprenant des
électrolytes obtenus par dissolution d'un sel de lithium dans ces solvants
posent de
sérieux problèmes de sécurité. Les composés de types amide linéaire ou
cyclique
comme la diméthylformamide ou la N-méthylpyrrolidinone possèdent d'excellentes
propriétés en tant que solvants mais s'oxydent à des potentiels encore bas, de
l'ordre de
3,7 V par rapport à Li+ / Li .

De nombreux matériaux d'électrodes positives, tels que les oxydes
mixtes de métaux de transition et de lithium fonctionnent à des potentiels
proches de 4
V par rapport à Li+ / Li et nécessitent donc des stabilités d'électrolytes
nettement

supérieures à cette valeur. Par exemple, les composés Li,_,Co,_X_ZNiXAIyOz
dans lesquels


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x + y< 1 et z S 0,3); les spinelles de manganèse Li,_aMn2_XMXO4=
Li,_aCo,_X_YNiXAIY dans
lesquels0<_x+y<1;0<_y<_0,3;0<_a<_1etM=Li,Mg,A1,Cr,Ni,Co,Cu,Ni,Fe.
Les brevets US 4,851,307 et US 5,063,124 décrivent une famille

d'électrolytes mettant en oeuvre un sel, un polymère solvatant et un solvant
aprotique
de la famille des sulfamides de formule générale

R'R2 NSO2R3R4

où R', R2, R3 et R4, identiques ou différents, sont choisis indépendamment
parmi les
groupes C, _,oalkyles ou C, _,ooxaalkyles. Un exemple représentatif de ce
groupe est la
tétraéthylsulfamide (R' = R2 = R3 = R4 = CzHs). Ces matériaux ont une
stabilité accrue

face à des agents réducteurs ou basiques présents ayant des potentiels proches
de ceux
des métaux alcalins. Ils sont par contre oxydables à des potentiels compris
entre 3,8 et
4V par rapport à Li+ / Li .

Les composés décrits dans le brevet européen EP 0 339 284 consistent en
des composés diélectriques et isolants constitués par des perfluoro-acylamides
ou
perfluoro-sulfonamides RFCONA'Az et RFSO2NA'A2, où A' et Az sont des
groupements
alkyles. L'utilisation proposée de ces composés dans des condensateurs
implique que ces
matériaux n'ont pas de conductivité et que les impuretés et contaminations
inéluctables,

en particulier par des composés ioniques, n'induit pas d'augmentation de
conductivité
appréciable.

La publication de Sartori et al. dans un abrégé d'une rencontre de
l'Electrochemical Society, Volume 97-1, mai 1997, décrit entre autres, que
certains


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sulphonamides pourraient être utilisés comme électrolyte dans une batterie ou
dans un
système de stockage d'énergie.

SOMMAIRE DE L'INVENTION

La présente invention concerne une série de nouveaux solvants polaires et
de nouvelles compositions électrolytiques en découlant et possédant un domaine
de
stabilité élevé, tel que requis pour les applications dans le domaine
électrochimique. Plus
spécifiquement, les solvants de la présente invention correspondent à la
formule générale
R'RzNX(Z)R'

dans laquelle
X=CouSO;
Z = O, NSO2NR3R4 ou NCN;

R' et R2 sont identiques ou différents et représentent C1_18alkyle, C,_,g
oxaalkyle, C1_18
alkylène ou C1_18oxaalkylène;

is R3 à R6 sont identiques ou différents et représentent C1_18alkyle ou C,_,g
oxaalkyle;

R' est un groupement RF, un groupement RFCH2O-, (RF)2CHO-, (RFCH2)2N- ou
NRSR6;
RF est un atome de fluor, un groupement C1_4alkyle, C1_4oxaalkyle ou
C1_4azaalkyle dans
lesquels le groupement alkyle est préférablement essentiellement fluoré et
partiellement
chloré,

avec les restrictions que :

1) si Z = O, alors RF n'est pas C1_4alkyle; et

2) si Z = O et X = SO, alors RS ou R6 n'est pas C1_4 alkyle ou C1_4oxaalkyle.

L'expression "essentiellement fluoré" signifie que le degré of fluoration de
la chaîne est suffisant pour conférer des propriétés semblables à celles des
chaînes
entièrement perfluorées, telles que le caractère hydrophobe et des propriétés
d'attracteur


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d'électrons. De préférence, au moins environ la moitié des atomes d'hydrogène
de la
chaîne sont remplacés par des atomes de fluor. L'expression "partiellement
chlorés"
signifie que panni les composés partiellement fluorés, les atomes d'hydrogène
restant sont
au moins partiellement remplacés par des atomes de chlores.


DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

Dans la présente invention, des matériaux possédant une fonction amide
très polaire sont utilisés comme base pour la préparation de compositions
électrolytiques utiles pour les applications électrochimiques. Il a été trouvé
que, de

façon tout à fait inattendue, des groupements très fortement attracteurs
d'électrons
associés à la fonction amide permettent de maintenir un pouvoir solubilisant
face à des
composés ioniques, en particulier ceux dont la charge anionique est fortement
délocalisée, et ainsi d'induire des conductivités ioniques élevées. En
ajoutant un
polymère polaire à ces compositions, on obtient des électrolytes ayant des
propriétés

i5 mécaniques facilitant leur mis en oeuvre, en particulier sous forme de
films, pour leur
utilisation dans des dispositifs électrochimiques et augmentant leur sécurité
de
fonctionnement. Dépendant des quantités respectives de solvant polaire et de
polymère
dans les compositions électrolytiques, la consistance de celles-ci s'apparente
à celle d'un
gel ou à celle d'un polymère plastifié. En outre, les polymères peuvent être
réticulés
pour améliorer les propriétés mécaniques.

Par rapport aux matériaux de l'art antérieur, les nouvelles compositions
électrolytiques de la présente invention possèdent une stabilité accrue, en
particulier
aux potentiels très anodiques, spécialement ceux excédant 4V par rapport à Li+
/ Li .



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Les sels de faible énergie réticulaires préférentiels qui sont solubles dans
les solvants polaires de la présente invention pour former des solutions
conductrices
incluent ceux ayant une charge délocalisée, tels que I-, C104-, BF4-, PF6-,
AsFb , SbF6-1
RFSO3-, XSOZNSO2X'- ,(XSOZ)(X'SOZ)(Y)C- et leurs mélanges, dans lesquels

- X et X' sont choisis parmi RF, RFCHzO-, (RF)2CHO-, (RFCH2) 2N-, R8, R9R10N-,
avec la
restriction qu'au moins un X ou X' est choisi parmi RF, RFCH2O-, (RF)2CHO-,
(RFCH2)2N-;

- Y= RF, RFSOz ou CN;

- RF est tel que défini précédemment; et

- R8 à R10 sont identiques ou différents, et représentent C,_,galkyles ou
C,_,8oxaalkyle; RF
et R8 -R10 pouvant faire partie d'une chaîne macromoléculaire. Sont aussi
préférés les
anions dérivés du 4,5-dicyano-1,2,3-triazole, du 3,5-bis(RF)-1,2,4-triazole,
le tricyano-
méthane, le pentacyanocyclopentadiène et le
pentakis(trifluorométhyl)cyclopentadiène
et les anions dérivés de la cyanamide et du malononitrile, i.e., RFSOZNCN-,
C(CN)3-1

RFSO2C(CN)2-. Les cations préférentiels sont choisis parmi ceux dérivés des
métaux
alcalins, en particulier le lithium, des métaux alcalino-terreux, les cations
organiques de
type "onium", en particulier les ammonium, imidazolium, sulfonium, phosphonium
et
oxonium.

Parmi les compositions électrolytiques faisant l'objet de la présente
invention, mentionnons celles contenant au moins un solvant polaire tel que
défini
précédemment en combinaison avec une ou plusieurs autres molécules polaires en
tant
que co-solvant. Parmi ces autres molécules polaires, citons les solvants
susceptibles de
former des mélanges compatibles, par exemple les éthers di-alkyliques de
l'éthylène

glycol, du diéthylène glycol, du triéthylène glycol, des polyéthylènes glycols
ayant


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préférablement une masse comprise entre 400 et 2000; ou les esters, en
particulier ceux
de l'acide carbonique, linéaires ou cycliques, tels que le diméthylcarbonate,
le méthyl-
éthylcarbonate, le diéthylcarbonate, le carbonate d'éthylène, le carbonate de
propylène;
ou des esters comme la y-butyrolactone, les nitriles comme le glutaronitrile,
ou le 1,2,6-

tricyanohexane. Ces autres molécules polaires, ou co-solvant, peuvent être
ajoutés
seules au solvant de la présente invention, ou en mélange. Un exemple de
mélange
préférentiel est le mélange du carbonate d'éthylène avec un éther di-
alkylique.

La présente invention inclut en outre les électrolytes solides obtenus par
addition d'un polymère aux solvants ou mélange de solvants - co-solvants
contenant au
moins un sel en solution tels que définis ci-dessus. La proportion de polymère
peut être
choisie de manière à ce que le solvant agisse comme plastifiant du polymère,
dans une
fraction de 3 à 30% en poids, de préférence de 10 à 25% en poids. Les
polymères
préférés pour ces compositions sont ceux dont les unités monomères possèdent
des

unités solvatantes, tels ceux dérivés de l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de
propylène,
l'épichlorohydrine, l'épifluorohydrine, le tri fluoroépoxypropane etc. Le
polymère peut
aussi servir à constituer un gel quand la fraction massique du solvant et du
sel est
comprise entre 30 et 95% en poids, de préférence de 40 à 70%. Outre les
polymères
précités, ceux contenant des unités dérivées de l'acrylonitrile, du
méthacrylate de

méthyle, du fluorure de vinylidène, de la N-vinylpyrolidinone sont également
avantageux, et peuvent être des homo- ou des co-polymères. En particulier, on
peut
citer les copolymères du fluorure de vinylidène et de l'hexafluoropropène. Un
copolymère contenant de 5 à 30% molaire d'hexafluoropropène est
particulièrement
avantageux. Dans une variante, les polymères sont des polyélectrolytes
incorporant

dans la trame macromoléculaire des anions de type de ceux à charge
delocalisée. Dans


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ces conditions, les charges négatives sont immobilisées et seules les contre-
charges
positives participent au processus de conduction ionique.

Les compositions électrolytiques de l'invention sont utilisables dans tous
les cas où une grande stabilité est requise, plus particulièrement vis-à-vis
de l'oxydation
ou des potentiels très positifs. Un bon exemple est un générateur
électrochimique dans
lequel il est avantageux de disposer d'une force électromotrice élevée, et
plus
particulièrement les générateurs mettant en jeu l'ion lithium. Dans un tel
système,
l'électrode négative est constituée de lithium métallique, d'un de ses
alliages, un

composé d'insertion du carbone, en particulier du coke de pétrole ou du
graphite, un
oxyde à bas potentiel d'insertion tel que les spinelles de titane
Lizx+,+3yTix+5O12 (x >_ 0 et
y< 1), un nitrure double d'un métal de transition et de lithium comme
Li3_XCoN, ou
ayant la structure de type antifluorite comme Li3FeNz ou Li7MnN4.

Les matériaux d'électrode positive sont choisis parmi les composés
d'insertion, les polydisulfures ou les oxocarbones. Parmi les composés
d'insertion, sont
préférés l'oxyde de vanadium, et de façon préférentielle celui de formule VO,

2<_ x<_ 2,5; l'oxyde mixte de lithium et de vanadium LiV3O8; les oxydes
doubles de
cobalt et de lithium partiellement substitués de formule générale
Li,_aCo,_,_YNiAIy dans

lequel 0<_ x + y< 1; 0< y< 0,3 ; 0 5 a<_ 1; les spinelles de manganèse
partiellement
substitués de formule générale Li,_aMn2_ZMZO4 dans lequel 0<_ z< 1 et M = Li,
Mg, Al,
Cr, Ni, Co, Cu, Ni, Fe; et les phosphates doubles de structure olivine ou
Nasicon tels
que Li1_aFe1_XMnPO41 Li,_~.+2XFe2P,_xSxO4, dans lesquels x>_ 0 et a<_ 1. Les
matériaux
d'électrode de type oxocarbones sont de préférence choisis parmi les sels de
l'acide

rhodizonique, les polydisulfure sont choisis parmi ceux dérivés de l'oxydation
du


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dimercaptoéthane, du 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, du 2,5-dimercapto-1,3,4-

oxaadiazole, du 1,2-dimercaptocyclobutène-3,4-dione.

Les générateurs électrochimiques utilisant les compositions
électrolytiques selon l'invention utilisent de préférence des électrolytes
solides, de type
plastifié ou sous forme de gel. Dans une réalisation préférée de l'invention,
au moins
une des électrodes est sous forme de composite contenant le ou les matériaux
d'électrodes mélangés à la composition électrolytique et du carbone sous forme
divisée,
tel le noir de Shawinigan , le Ketjenblack , le graphite.

io

Une autre application de l'invention est celle des supercapacités, dans
lesquelles au moins une électrode est constituée de carbone de haute surface
spécifique
et l'énergie électrique est stockée par la capacité de la double couche entre
le matériau
carboné et l'électrolyte. Dans un mode de réalisation préférentiel, les deux
électrodes

is sont symétriquement faites à base de carbone de haute surface spécifique,
et ce
matériau est mis en oeuvre sous forme de composite en mélange avec
l'électrolyte. Une
autre possibilité consiste à utiliser un matériau d'électrode contenant au
moins un
polymère possédant des doubles liaisons conjuguées. Dans un mode préféré de
réalisation, le polymère conjugué peut présenter trois degrés d'oxydation,
obtenus par

20 réduction (dit dopage "n") concomitant à une injection d'électrons et de
cations, ou par
oxydation (dit dopage "p") concomitant à une extraction d'électrons et
injection
d'anions, à partir de la forme neutre. Les polymères à base de phényl-3-
thiophène, en
particulier le poly(4-fluorophényl-3-thiophène) sont particulièrement
préférés.


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Les exemples fournis ci-dessous le sont afin d'illustrer des modes de
réalisations préférentiels de la présente invention, et ne devraient en aucun
cas être
considérés comme limitant la portée de l'invention.

Exemple 1

Du trifluoroéthanol (18.2 mL, 25 mml) est dissous dans 100 mL d'éther
et cette solution est ajoutée à 7 g d'hydrure de sodium. Lorsque la génération
de gaz a
cessé, la solution est centrifugée, et le liquide surnageant clair est ajouté
à 0 C à 35 g
(25 mml) de chlorure de diméthylsulfamoyle dissous dans 100 mL d'éther sec
sous

agitation. Un précipité blanc de chlorure de sodium est alors formé et la
réaction est
complète après 2 heures. La suspension résultante est filtrée et l'éther est
évaporé à
l'aide d'un évaporateur rotatif. Le résidu est placé dans 50 ml de
dichlorométhane et
lavé avec une solution aqueuse 10% d'acide chlorhydrique. La phase organique
est
ensuite séparée et séchée avec du sulphate de magnésium anhydre. Le produit
résultant,

le N,N diméthylsulfamate de trifluoéthyle est distillé sous pression réduite.
RMN: '9F:
triplet S= 74.7 ppm, JHF = 8.1 Hz; 'H: quadruplet S= 4.66 (2H), singulet S=
3.6 (6H).
La conductivité des sels de lithium de la bis(trifluorométhanesulfonimide)
(CF3SO2)2NLi en solution dans ce solvant est donnée en fonction de la
concentration
dans le Tableau 1.


Tableau 1

molalité (mol.kg"') conductivité K S.cm'
0.265 0.634
0.506 0.922
0.898 1.025
1.160 0.796


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Le domaine de stabilité électrochimique a été mesuré par voltammétrie
cyclique sur microélectrode de platine de 15 m de diamètre pour l'exploration
des
potentiels anodiques, de nickel pour les potentiels cathodiques. Le domaine de
stabilité est de 0 à 5.2 V vs. Li+ / Li . La variation de la conductivité en
fonction de la
température est donnée dans le Tableau 2 suivant pour une concentration de
0.898
mol.kg'.

Tableau 2

T ( C) KSP (S.cm') T ( C) KSp (S.cm')
14.90 0.753 30.29 1.203
14.92 0.7550 35.39 1.415
19.93 0.882 40.81 1.657
25.11 1.030


Exemple 2

107.4 mL de de chlorure de diméthylsulfamoyle sont mis au reflux sous
azote en présence de 70 g de fluorure de potassium et 10 ml d'eau. Le mélange
est
refoidi et extrait par le dichlorométhane, séché avec du sulfate de magnésium
et distillé.

Le composé (CH3)2NSO2F obtenu a une constante diélectrique supérieure à 30. Le
domaine de stabilité tel que déterminé par voltammétrie cyclique est de 5 V
vs.
Li+/Li . Le sel de lithium de la fluorosulfonimide (FSO2)2NLi est soluble dans
ce
milieu et sa conductivité à 25 C est supérieure à 1 mScm"' dans la plage de
concentration 0.5 à 1 mole.kg'.


Exemple 3


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A 6.3 mL de 1,1,1,-3,3,3,-hexafluoropropanol dans 25 mL l'éther
anhydre sont ajoutés 1.6 g d'hydrure de sodium. Lorsque le dégagement
d'hydrogène a
cessé, la solution est centrifugée, et au liquide surnageant sont ajoutés 8.6
g (60 mml)
de chlorure de diméthylsulfamoyle dissous dans 25 mL d'éther sec à 0 C sous
agitation.

Un précipité blanc de chlorure de sodium est alors formé et la réaction est
complète
après 2 heures. La suspension résultante est filtrée et l'éther est évaporé à
l'aide d'un
évaporateur rotatif. Le résidu est placé dans 20 mL de dichlorométhane et lavé
avec
une solution aqueuse 10% d'acide chlorhydrique. La phase organique est ensuite
séparée et séchée avec du sulphate de magnésium anhydre. Le produit résultant,
le

N,N-diméthylsulfamate d'hexafluoropropyle, est obtenu par évaporation du
dichlorométhane et purifié par distillation sous pression réduite. Sa
constante
diélectrique est supérieure à 20, et les solutions de sels de
bis(trifluorométhanesulfonimide) (NCzHs)4(CF3SO2)2N en solution dans ce
solvant est
comprise entre 5 x 10-4 et 2 x 10-3 Scm' à 25 C dans la gamme de concentration
0,2 à 1
mole.kg'.

Exemple 4

A 15.76 g de chlorure d'éthylméthylsulfamoyle dissous dans 100 mL de
tétrahydrofuranne sont ajoutés 4.2 g de cyanamide et 11.22 g de diazabicyclo
2,2,2-octane
(DABCO). Après avoir maintenu l'agitation pendant 8 heures à température
ordinaire,

sont ajoutés goutte à goutte 13 g de chlorure d'oxalyle dans 40 mL de
tétrahydrofuranne
anhydre. Après la fin du dégagement gazeux (CO + C02), le chlorhydrate de
DABCO
est séparé par filtration et le filtrat est évaporé sous pression réduite et
repris dans 50 mL
d'acétonitrile auxquels sont ajoutés à 0 C 12.2 g d'éthylméthylamine. Le
précipité de


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chlorure d'éthyl-méthylammonium est séparé et le solvant est évaporé sous
vide. Le
composé polaire :

I CH3 I C H3

H5C2 -N 11, ,N -C2He
0 N-CN
~ \

est mis en solution dans le dichlorométhane et lavé à l'eau contenant 2%
d'acide
chlorhydrique, puis 5% de bicarbonate de sodium. Après élimination du
dichlorométhane, le produit est distillé sous pression réduite. Ce produit est
un solvant
des sels d'anions délocalisés, en particulier les imides perfluorées.

Exemple 5

io 33 g de 1,1-diméthylsulfamide (CH3)2SO2NH2 et 6 g de soude dans 200 ml
d'eau
sont portés à ébullition pendant 2 heures. Le produit de la réaction, le sel
de sodium de la
bis(diméthylaminosulfonimide), i.e., Na[N(SO2N(CH3)z)] est obtenu par
évaporation de
l'eau et purifié par recristallisation dans l'éthanol. 25 g de ce sel en
suspension dans 100
mL d'acétonitrile anhydre sont traités par 9 mL de chlorure d'oxalyle. Après
la fin de la

réaction, i.e., du dégagement gazeux, la suspension est refroidie à 0 C et
sont ajoutés 20.7
mL de diéthylamine dans 50 mL d'acétonitrile. Après avoir maintenu l'agitation
pendant
4 heures à température ordinaire, le mélange est filtré et l'acétonitrile est
évaporé sous
pression réduite. Le liquide résultant est mis ne solution dans le
dichlorométhane et lavé
à l'eau contenant à 2% d'acide chlorhydrique, puis 5% de bicarbonate de
sodium. La

solution est passée sur une colonne d'alumine active et le dichlorométhane est
évaporé
sous vide. Le solvant polaire :


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IHs C2H5
H3C-N,,, S ~N -C2H5 CH3
O ~ ~N -SO2N
CH3
est maintenu anhydre par addition d'hydrure de lithium.

Exemple 6

Un générateur électrochimique constitué d'une électrode négative de lithium de
25
m sur support de nickel de 10 m, d'une électrode positive composite contenant
78 % en
poids d'oxyde de vanadium V205, 8% de noir de carbone (Ketjenblack ) et 14% de
copolymère de fluorure de vinylidène et d'hexafluoropropène sur un collecteur
de nickel
(10 m) a été réalisé. La capacité de l'électrode positive ainsi obtenue par
épandage à

partir d'une suspension dans du cyclohexanone est de 2.8 mAh/cm2.
L'électrolyte est
constitué par une solution de 0.15 M.kg' de Li(CF3SO2)zN dans le composé
polaire de
l'exemple 1 dans un séparateur poreux en polypropylène de type Celgard . Le
générateur
a été cyclé sur 150 cycles entre 1.6 et 3.4V à C/3.7 en maintenant un rapport
des capacités
de charge et de décharge égal à 1 et un taux d'utilisation > 75% sur 30
cycles. La chute
ohmique est restée comprise entre 20 et 120 mV.

Exemple 7

Un générateur électrochimiques de type "rocking chair" a été construit avec
deux
électrodes composites similaires à celles de l'Exemple 6. Le matériau de
l'électrode
négative est le spinelle de lithium et de titane Li4Ti5O1z pour une capacité
surfacique de

2.6 mAh.cm z. Le matériau de l'électrode positive est le cobaltite de lithium
pour une
capacité surfacique de 2.4 mAh.cm z. L'électrolyte est constitué d'une manière
similaire à
celui de l'Exemple 6 par une solution de 0,15 M.kg' de Li(CF3SOZ)ZN dans le
composé


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polaire de l'Exemple 1 dans un séparateur poreux en polypropylène de type
Celgard . Le
générateur a été cyclé sur 500 cycles entre 1,5 et 3,3 V à C/4 en maintenant
un rapport des
capacités de charge et de décharge égal à 1 et un taux d'utilisation de 80%.

Exemple 8

Un générateur électrochimiques de type supercapacité a été construit avec deux
électrodes composites symétriques de carbone de haute surface spécifique (680
mz.g') et
de fibres de nickel sur un support de nickel et liées par un copolymère de
fluorure de
vinylidène et d'hexafluoropropène. L'électrolyte est constitué par un gel à
75% en poids

d'une solution molaire de fluorosulfonimidure de tétraéthylammonium
(C2H5)4N[(CF3SO2)2N] dans le même polymère. La capacité du système ainsi
construit
est de 1.2 F.g' sur 12000 cycles effectuées entre 0 et 2.5 V.

Exemple 9

Un électrolyte polymère a été préparé par plastification d'un copolymère
d'oxyde d'éthylène et d'allylglycidyl-éther contenant le sel de lithium du
diméthylaminosulfonyl-trifluorométhanesulfonimide Li[(CH3)zSOzNSO2CF3] dans un
rapport oxygène des fonctions éther du polymère / Li de 14 :1 par le composé
polaire
de l'Exemple 5 dans un rapport de poids de 65:35. Cet électrolyte possède une

conductivité de 10-4 Scm' à 25 C et un domaine de stabilité électrochimique de
0 à 4V
vs. Li+/Li . Le plastifiant n'a pas de pression de vapeur appréciable en
dessous de
120 C. Cet électrolyte peut être réticulé par une source de radicaux libre
pour donner
des élastomères de bonne tenue mécanique.

Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre
spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent
se greffer aux


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dites mises en oeuvre, et la présente demande vise à couvrir de telles
modifications,
usages ou adaptations de la présente invention suivant, en général, les
principes de
l'invention et incluant toute variation de la présente description qui
deviendra connue ou
conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel se retrouve la présente
invention, et

qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-haut, en accord
avec la portée
des suivantes.

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Forecasted Issue Date 2009-12-22
(22) Filed 1998-09-10
(41) Open to Public Inspection 1999-03-11
Examination Requested 2003-07-08
(45) Issued 2009-12-22
Expired 2018-09-10

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Registration of a document - section 124 $100.00 1999-07-15
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Maintenance Fee - Application - New Act 4 2002-09-10 $100.00 2002-08-23
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Maintenance Fee - Application - New Act 11 2009-09-10 $250.00 2009-08-31
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BARIL, DANIEL
BERGERON, JEAN-YVES
BROUILLETTE, DANY
HYDRO-QUEBEC
MICHOT, CHRISTOPHE
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Description 
Date
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Description 1998-09-10 15 553
Claims 1998-09-10 4 129
Abstract 1998-09-10 1 13
Cover Page 1999-03-10 1 36
Abstract 2008-12-11 1 12
Claims 2008-12-11 6 139
Cover Page 2009-11-26 2 35
Assignment 1999-01-08 3 141
Correspondence 1998-10-27 1 38
Assignment 1998-09-10 3 123
Assignment 1999-07-15 2 113
Prosecution-Amendment 2003-07-08 1 34
Prosecution-Amendment 2007-06-11 2 75
Prosecution-Amendment 2008-12-11 3 91
Prosecution-Amendment 2008-12-11 13 355
Correspondence 2009-09-02 2 77
Correspondence 2010-05-13 1 15