本发明专利技术提供了一类卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其制备方法及在锂电池中的应用。其化学结构如式1所示，式1化合物含卤硅烷基团和有机碳酸酯基团，分子结构中含有机碳酸酯部分有助于锂离子的离解和传导，有机硅功能团能改进电极的表面性能和提高材料的界面性能。本发明专利技术所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料可用作功能添加剂或共溶剂应用于锂离子电池，电解液包括锂盐，高介电常数溶剂或低沸点的有机溶剂，和化学结构如式1所示的化合物。该类材料也可以应用于其它电化学储能器件。式1。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化学材料合成和电化学储能
，尤其是涉及一类含卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其制备方法及在锂离子电池电解液功能添加剂(或共溶剂)中的应用。
技术介绍
锂离子电池具有开路电压高、比容量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、应用范围宽、无记忆效应、无污染等优点，作为新型绿色电池，目前已广泛地应用于消费电子产品中，并正积极地向国防工业、空间技术、电动汽车和静置式备用电源等领域发展。·电解液是锂离子电池的重要组成部分，是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，是连接正、负极材料之间的桥梁，它本身的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池的性能。选择合适的电解液是获得高能量密度和功率密度、长循环寿命和安全性良好的锂离子电池的关键因素之一。目前商业电解液主要是由多种有机碳酸酯溶剂混合组成，但是这类电解液易燃、易挥发，导致了锂离子电池的安全事故频频发生；此外，有机碳酸酯类电解液还存在高低温性能、安全性、大容量和高倍率放电不足等缺点。当在锂离子电池有机电解液中添加少量的功能添加剂时，电池的电化学性能如电导率、循环效率和可逆容量等能够得到明显的改善。它们具有“用量小、见效快”的特点，操作简单，可直接加入到有机电解液中。在基本不增加电池成本的基础上，就能显著改善电池的性能。因此，设计开发高安全性和高性能的新型电解液添加剂是锂离子电池材料的研究热点。有机硅电解质材料具有优良的热稳定性和低温离子传导性能、高电导率、无毒性、低可燃性和高分解电压等优点，与碳基类似物相比具有更高的电化学稳定性(4. 5V以上)，应用小分子有机硅电解液的锂电池也表现出优良的充放电循环性能，高能量密度和较高的功率密度。取代基对有机硅电解质材料的影响也有相关的计算报道，吸电子基团取代可以提高有机硅化合物的电化学窗口(J. Phys. Chem. C. 2011, 115，12216)。而实验报道的卤硅烷化合物用于锂离子电池中却很少，在先专利有报道通过有机硅化合物与含氟碱金属盐的反应生成的氟硅烷对电池阻抗性能的影响(CN102113164)，也有提及有机氟硅烷存在应用于锂电池添加剂的潜在可能性(US2009/0197167A1 )。虽然卤硅烷化合物用于锂电池的电解质材料或添加剂的研究不多，但开发新型卤硅烷化合物应用于锂离子电池有着重要的研究和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一类应用范围广的含卤硅烷基团和有机碳酸酯基团的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，并提供了其制备方法以及用作功能添加剂或共溶剂在锂离子电池中的应用。本专利技术卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其化学结构如式I示权利要求1.一种卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其化学结构如式I所示2.如权利要求I所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤(I)双键取代的碳酸酯化合物与卤代硅氢烷或烷氧基硅氢烷通过硅氢化反应，制备相应的卤硅烷或烷氧基硅烷取代的碳酸酯；(2)步骤(I)产物与氟化试剂反应生成相应的氟硅烷取代的碳酸酯。3.根据权利要求2所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料的制备方法，其特征在于所述双键取代的碳酸酯为4--1，3- 二氧戊环-2-酮或4-乙烯基-1，3- 二氧戊环-2-酮；卤代硅氢烷为氯代硅氢烷；烷氧基硅氢烷为甲氧基取代硅氢烷或乙氧基取代硅氢烷；并且上述双键取代碳酸酯与硅氢烷的摩尔比为I :1. (Tl. 5。4.根据权利要求2所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料的制备方法，其特征在于所述硅氢化反应催化剂选自氯钼酸，二氧化钼，或Karstedt' s催化剂，并且其加入的量为双键取代的碳酸酯化合物的0. rimol% ;所述氟化试剂包括三氟化硼 乙醚、三氟化锑、氟化钾、或氟化锂，所述氟化试剂与卤硅烷或烷氧基硅烷取代的碳酸酯的摩尔比为3 I :1。5.根据权利要求2或4之任一所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料的制备方法，其特征在于反应在惰性气体保护环境下进行的；硅氢化反应的温度为3(T80度，反应时间是2 24小时；氟化反应的温度为30 80度，反应时间是2 24小时。6.权利要求I所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料在锂离子电池中的应用。7.如权利要求7所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料在锂离子电池中的应用，其特征在于式I所述含卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料作为电解质添加剂或共溶剂应用于锂离子电池的电解液中。全文摘要本专利技术提供了一类卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其制备方法及在锂电池中的应用。其化学结构如式1所示，式1化合物含卤硅烷基团和有机碳酸酯基团，分子结构中含有机碳酸酯部分有助于锂离子的离解和传导，有机硅功能团能改进电极的表面性能和提高材料的界面性能。本专利技术所述的卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料可用作功能添加剂或共溶剂应用于锂离子电池，电解液包括锂盐，高介电常数溶剂或低沸点的有机溶剂，和化学结构如式1所示的化合物。该类材料也可以应用于其它电化学储能器件。式1。文档编号C07F7/12GK102964372SQ20121035835公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日专利技术者张灵志, 汪靖伦, 骆浩 申请人:中国科学院广州能源研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种卤硅烷功能化碳酸酯电解质材料，其化学结构如式1所示：式1R1选自如下基团：[？(CH2)m？,m=1~3]或[？(CH2)mO(CH2)n？,m,n=1~3]；R2,R3,R4选自如下基团：[？(CH2)mCH3,m=0~3]，芳基或取代芳基，或卤素取代基，且R2,R3,R4至少有一个卤素取代基团。FDA00002181325100011.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张灵志，汪靖伦，骆浩，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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