本发明专利技术涉及一种式(I)所示的化合物及其制备方法和用途。所述化合物中，R1、R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1‑20烷基、C1‑20烷氧基、卤素取代的C1‑20烷基或卤素取代的C1‑20烷氧基，并且，所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个选自C1‑20烷基或C1‑20烷氧基。本发明专利技术所述化合物可作为电解液的添加剂。本发明专利技术还涉及一种包括本发明专利技术所述化合物的电解液及其制备方法，该电解液具有良好的防过充性能，可提供4.45‑5V的限压保护，能够抑制电池电压快速上升，提高锂电池的安全性能。
【技术实现步骤摘要】
一种环磷腈衍生物及其制备方法和用作电解液添加剂的用途
本专利技术涉及一种环磷腈衍生物及其制备方法和用途，该环磷腈衍生物可作为锂离子电池电解液的添加剂，具有防过充和阻燃性能。
技术介绍
锂离子电池以其高输出电压、自放电小、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，自投放市场以来发展迅速，已在笔记本电脑、移动电话、摄录机等移动电子终端设备领域占据了主导地位。而电动五金工具、电动汽车、大型储能电站等新应用领域已为锂离子电池注入高速成长的动力。目前制约大容量、高功率锂离子电池快速发展的最主要问题是电池的安全性。锂离子二次电池在过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下会放出大量的热，可能造成灾难性热击穿(热逸溃)，甚至电池可能发生燃烧、爆炸等不安全行为。研究表明，过度充电是导致锂离子电池发生不安全行为的最危险因素。为防止锂离子电池过充，实际应用中，单只电池及电池组均需加载保护电路，另外在电池设计及制造上也采取了一些措施。然而这些措施并不能充分保证锂离子电池的安全性。特别是对由几十个电池通过串并联组成的动力电池组来说，要实现对每只电池的逐点管理难度非常大。如何从内部控制锂离子电池的反应，消除敏感性副反应的发生，是急需解决的科学问题。在电解液中使用过充电保护添加剂可以在电池内部建立一种防过充的电化学自我保护机制，简单有效地解决电池的过充和局部过充问题，在充电时可将阴极电位和电池电压限制在安全范围之内。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种环磷腈衍生物及其制备方法以及作为防过充电解液添加剂的用途。本专利技术的又一目的在于提供一种含有上述环磷腈衍生物的电解液及其制备方法和用途。本专利技术的再一目的在于提供一种包含有上述电解液的锂离子电池。本专利技术目的是通过如下技术方案实现：一种式(I)所示的环磷腈衍生物，其中，R1、R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤素取代的C1-20烷基或卤素取代的C1-20烷氧基，并且，所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个选自C1-20烷基或C1-20烷氧基。在一个优选实施方式中，R1选自C1-20烷基、C1-20烷氧基，R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤素取代的C1-20烷基或卤素取代的C1-20烷氧基。在又一个优选实施方式中，R1选自C1-20烷基、C1-20烷氧基，R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-20烷基、C1-20烷氧基。进一步优选地，在上述式(I)中，R1、R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-10烷基、C1-10烷氧基、卤素取代的C1-10烷基或卤素取代的C1-10烷氧基，并且，所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个选自C1-10烷基、C1-10烷氧基。在一个优选实施方式中，R1选自C1-10烷基、C1-10烷氧基。进一步优选的，在上述式(I)中，R1、R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、卤素取代的C1-6烷基或卤素取代的C1-6烷氧基，并且所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个选自C1-6烷基、C1-6烷氧基。优选地，R1选自C1-6烷基、C1-6烷氧基。根据本专利技术，所述的卤素原子为氟、氯、溴、碘，优选为氟、氯、溴。根据本专利技术，在上述式I中，R1、R2、R3、R4、R5选自烷基或烷氧基时，烷基的具体种类并不受到特别的限制，可根据实际要求进行选择，烷基可以是直链烷基或含支链的烷基，烷氧基可以是直链烷氧基或含支链的烷氧基。根据本专利技术，在上述式1中，R1、R2、R3、R4、R5选自卤素取代的烷基或卤素取代的烷氧基时，其中卤代烷基和卤代烷氧基中的卤原子的取代个数及取代位置没有特别的限制，可根据需要对烷基中的部分氢原子或是全部氢原子进行取代，卤素原子可以是氟、氯、溴原子。根据本专利技术，所述的烷基包括但不限于如下例子中的一种：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、正己基、异己基、2-己基、3-己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1,1,2-三甲基丙基、3,3-二甲基丁基、正庚基、2-庚基、3-庚基、2-甲基-已基、3-甲基已基、4-甲基已基、异庚基、正辛基、壬基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基。根据本专利技术，所述的烷氧基包括但不限于如下例子中的一种：甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、新戊氧基、叔戊氧基、正己氧基、异己氧基、2-己氧基、3-己氧基、2-甲基戊氧基、3-甲基戊氧基、1,1,2-三甲基丙氧基、3,3-二甲基丁氧基、正庚氧基、2-庚氧基、3-庚氧基、2-甲基-已氧基、3-甲基已氧基、4-甲基已氧基、异庚氧基、正辛氧基、壬氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基、十四烷氧基、十五烷氧基、十六烷氧基、十七烷氧基、十八烷氧基、十九烷氧基、二十烷氧基。根据本专利技术，所述的卤代烷基包括但不限于如下例子中的一种：氟代甲基、二氟代甲基、三氟代甲基、2,2,2-三氟乙基、2-氟-正丙基、1-氟-异丙基、2-氟-1-甲基乙基。在上述所举出的实例中，其中氟可以被氯、溴取代。根据本专利技术，所述的卤代烷氧基包括但不限于如下例子中的一种：氟代甲氧基、二氟代甲氧基、三氟代甲氧基、2,2,2-三氟乙氧基、2-氟-正丙氧基、1-氟-异丙氧基、2-氟-1-甲基乙氧基。在上述所举出的实例中，其中氟可以被氯、溴取代。根据本专利技术，所述的环磷腈衍生物包括但不限于如下例子中的一种：本专利技术还提供一种制备上述通式(I)化合物的方法，包括：将六氟环三磷腈与式(IA)化合物在碱存在下进行取代反应，得到通式(I)化合物。根据本专利技术，在上述方法中，所述的六氟环三磷腈与式(IA)化合物的摩尔比为1：0.8～1：2，优选1：0.9～1：1.5。根据本专利技术，在上述方法中，所述反应在溶剂中进行，所述溶剂是饱和烷烃，如正戊烷、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷，优选正己烷。所用溶剂的质量为六氟环三磷腈质量的2～10倍，优选3～5倍。根据本专利技术，在上述方法中，所述的碱是碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐，如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾中的一种或两种以上的组合。所用的碱与式(IA)化合物的摩尔比1:0.8～1:2，优选1:1～1:1.2。根据本专利技术，在上述方法中，所述取代反应的温度为20～80℃，优选40～60℃。根据本专利技术，在上述方法中，还包括在取代反应结束后进行后处理的步骤。后处理步骤例如可以包括如下步骤：反应结束后，向反应体系中加入烷烃体积2～5倍量的水，分出上面的有机层，有机层用10％(wt)氢氧化钠水溶液洗涤2～3次，然后再用水洗涤1～2次，最后分出有机层，有机层用无水硫酸镁干燥，然后先在常压下蒸馏回收溶剂，接着在减压的条件下蒸馏收集产物。在上述方法中所述回收的溶剂可以不经任何的处理直接进行循环利用，即再次作为上述反应的溶剂，而且没有次数的限制。本专利技术所述的式(I)化合物可以用作电解液的添加剂，其可以改善锂离子电池的防过充性能，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种式(I)所示的化合物，
【技术特征摘要】
1.一种式(I)所示的化合物，其中，R1、R2、R3、R4、R5彼此独立地选自氢、卤素、C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤素取代的C1-20烷基或卤素取代的C1-20烷氧基，并且，所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个选自C1-20烷基或C1-20烷氧基。2.如权利要求1所述的化合物，其中，R1选自C1-20烷基、C1-20烷氧基。3.如权利要求1所述的化合物，其中，所述的C1-20烷基或C1-20烷氧基为C1-10烷基、C1-10烷氧基，优选为C1-6烷基、C1-6烷氧基。4.如权利要求1所述的化合物，其中，所述化合物为：5.权利要求1-4任一项所述的化合物的制备方法，包括：将六氟环三磷腈与式(IA)化合物在碱存在下进行取代反应，得到通式(I)化合物；优选的，所述反应以饱和烷烃作为溶剂，如正戊烷、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷，优选正己烷。6.权利要求1-4中任一项所述的化合物用作电解液的添加剂，特别是用作防过充电解液添加剂。7.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、无水有机溶剂和电解液添加剂，所述电解液添加剂为权利要求1-4中任一项所述的化合物；优选的，所述电解液添加剂的含量为0.1～30％(质量比)，优选5～15％(质量比)；优选的，所述无水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴茂祥，黄韬，郑香珍，潘荧，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35
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