磷腈類阻燃劑及其製備方法和鋰離子電池電解液的製作方法
2023-09-22 20:34:35 1
專利名稱：磷腈類阻燃劑及其製備方法和鋰離子電池電解液的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地說，涉及一種鋰離子電解液用磷腈類阻燃劑及其製備方法和使用該阻燃劑的鋰離子電池電解液。
背景技術：
鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低、使用溫度範圍寬、循環壽命長、環保、無記憶效應以及可以大電流充放電等特點，被廣泛應用於行動電話、筆記本電腦、攝像機、數位相機等高能可攜式電子設備中，同時在新能源汽車、航空航天、國防裝備等領域有著廣闊的應用前景。然而，安全性是制約大容量和高功率鋰離子電池發展的關鍵問題，例如，鋰離子電池電解液廣泛以有機碳酸酯，如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯等 (DMC)等作為溶劑，該電解液在具有卓越的電化學性能的同時存在閃點較低和易燃等缺點， 使得鋰離子電池在過充及過熱等極端條件下極易著火燃燒甚至發生爆炸。針對鋰離子電池存在的安全問題，研究人員採用各種方法對其進行改善，如對正負極材料進行改性、使用電池安全保護裝置及在電解液中加入添加劑等。近年來，發展阻燃性電解液成為解決鋰離子電池安全性的主要措施之一，在電解液中使用阻燃劑或採用氟碳溶劑是發展阻燃性電解液的兩種主要途徑。其中，廣泛採用的阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、滷代磷酸酯、滷代羧酸酯及滷代醚類化合物等。申請號為200710(^8419. 8的中國專利文獻報導了烷基磷酸酯在鋰離子電池電解液中的應用，由於烷基磷酸酯的電化學兼容性較差，因此，其作為添加劑使用時對電池的性能造成較大的負面影響。中國專利文獻 CN101694885A公開了含有一種乙撐雙鄰苯二甲醯亞胺衍生物阻燃劑的電解液，該電解液阻燃性能較好，但電池的循環性能不佳。申請號為201010109084. 4和200810146523. 1的中國專利文獻分別報導了以不飽和磺酸內酯及氟碳表面活性劑作為阻燃劑的鋰離子電池用電解液。中國專利文獻CN101938008A報導了一種1_炔基膦酸脂阻燃劑的製備及含有該阻燃劑的電解液，該電解液具有良好的阻燃性能，但電池容量損失嚴重。近年來，研究人員發現磷腈化合物具有較好的阻燃效果，可以用於鋰離子電池的阻燃劑，但是，磷腈化合物的黏度較大，系統相容性較差，從而作為阻燃劑使用時，使電解液電導率較低，影響鋰離子電池的電化學性能。
發明內容
有鑑於此，本發明要解決的技術問題在於提供一種磷腈類阻燃劑及其製備方法和鋰離子電池電解液，該磷腈類阻燃劑黏度適中，具有良好的系統相容性，含該磷腈類阻燃劑的鋰離子電池電解液導電性良好。為了解決以上技術問題，本發明提供一種磷腈類阻燃劑，通式如式I所示，
權利要求
1. 一種磷腈類阻燃劑，通式如式I所示，
2.根據權利要求1所述的磷腈類阻燃劑，其特徵在於，Rf1^Rf2> Rf3> Rf4> Rf5和Rf6各自獨立為氟碳基團或碳氫鏈基團。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述氟碳基團為H(CF2CF2)nlCH2-、 F (CF2CF2)n2CH2CH2-或CF2CF2CF2O (CF (CF3) CF2O)n3CF (CF3) CH2-,其中，1 彡 ^ 彡 15，1 彡 n2 彡 15， 1 ^ n3 ^ 15。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述碳氫鏈基團為甲基、乙基、丙基、 乙二醇單甲醚或二乙二醇單甲醚。
5.一種磷腈類阻燃劑的製備方法，包括以下步驟將氟碳醇與六氯環三磷腈反應，得到磷腈類阻燃劑。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述氟碳醇為式II、式III或式IV 所示的化合物，H(CF2CF2)nlCH2OH式IIF(CF2CF2)n2CH2CH2OH式IIICF3CF2CF2O (CF (CF3) CF2O) n3CF (CF3) CH2OH式IV其中，1彡Ii1彡15，1彡n2彡15，1彡n3彡15。
7.—種鋰離子電池電解液，包括電解質鹽、溶劑和權利要求1 4任意一項所述的磷腈類阻燃劑。
8.根據權利要求7所述的鋰離子電池電解液，其特徵在於，所述磷腈類阻燃劑的質量濃度為1 15%。
9.根據權利要求7所述的鋰離子電池電解液，所述電解質鹽包括LiPF6、LiBF4、LiB0B、 LiODFB、LiClO4, LiAlCl4, LiBF2C2O4, LiAsF6, LiSbF6, LiCF3S03、LiN (CF3SO2) 2、LiN (C2F5SO2) 2、 LiB(CF3)F3>LiCH3SO3^LiB(C2O4)^LiPF3(CF2CF3)3>LiB(C2F5)F3>LiCl, LiI 和 LiC(CF3SO2)2 中的一種或幾種。
10.根據權利要求7所述的鋰離子電池電解液，其特徵在於，鋰離子濃度為0.5 2mol/L。
全文摘要
本發明公開了一種磷腈類阻燃劑及其製備方法，該磷腈類阻燃劑由氟碳醇與六氯環三磷腈反應得到。由於磷腈類阻燃劑同時含有P和N兩種元素，阻燃效果更為明顯；由於Rf1、Rf2、Rf3、Rf4、Rf5和Rf6中至少一個為氟碳基團，氟碳基團的存在有利於增加電解液的閃點並降低電解液的黏度，因此，該磷腈類阻燃劑的黏度適中，具有良好的系統相容性。另外，該阻燃劑側鏈上O-P鍵通過同時連接在環鏈P基上形成的「V」穴，有利於吸引金屬陽離子遠離相應的陰離子和陽離子的遷移，提高電解液的電導率。本發明還提供一種鋰離子電池電解液，包括電解質鹽、溶劑和磷腈類阻燃劑。實驗結果表明，本發明提供的鋰離子電池電解液導電性良好。
文檔編號H01M10/056GK102516307SQ201110460390
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者周濟蒼, 喻京鼎, 張新 申請人:湖南有色氟化學科技發展有限公司, 湖南有色郴州氟化學有限公司