一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂、其制备及其应用制造技术

技术编号:24324002 阅读:142 留言:0更新日期:2020-05-29 17:33
本发明专利技术公开了一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂、其制备及其应用,属于电解液添加剂领域。所述锂离子电池电解液添加剂为有机砜类化合物。本发明专利技术提供的含砜类锂离子电池电解液添加剂作为非水电解液添加剂,可有效提高锂离子电池常温及高温下循环稳定性能。本发明专利技术添加剂的制备方法反应条件温和、易于控制、操作简单安全、环保高效,收率高,纯度高,无需特殊精制即可满足锂离子电池需要;且原料廉价易得,生产成本低,适合工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂、其制备及其应用
本专利技术涉及电解液添加剂领域,特别涉及一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂、其制备及其应用。
技术介绍
锂离子电池因具有比能量高、循环寿命长、自放电小等优点,被广泛应用于消费类电子产品以及储能与动力电池中。随着锂离子电池的广泛应用,其循环寿命成为锂离子电池的一项重要指标。电解液作为锂离子电池内离子运动的载体,其成分基本稳定,通常由电解质盐和非水性化合物共同组成。随着电池应用的不断推广,为满足不同性能要求,目前用来改善电池循环稳定性能和耐高温等特性方面的添加剂逐渐增多,为提高锂电池的安全性能做出了巨大的贡献。为了不断改善锂离子电池的性能,开发新型锂离子电池电解液添加剂是有效的途径之一;因此本领域很多研究人员致力于锂离子电池电解液添加剂的研究。
技术实现思路
为改善锂离子电池常温和高温循环稳定性能,有效地提高锂离子电池的安全性能,,本专利技术提供了一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂、其制备及其应用。本专利技术的技术方案为:一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂,其化学式如式(Ⅰ)所示:其中,X、Y分别独立的选自于O中的一种;n为0或1(当n为0时分子呈五元环结构;当n=1时分子呈六元环结构);R1、R2分别独立选自于如下基团中的一种:其中,*为连接位点。即,本专利技术的新型含砜类锂离子电池电解液添加剂包括化合物A01-A48:所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的制备方法,包括步骤:1)惰性气体保护下,将原料1、原料2和催化剂分散在溶剂一中,原料1、原料2与催化剂的摩尔比为1:1~1.05:0.05~0.2,反应温度0~120℃,反应时间1~24小时,反应即得到中间体1;2)惰性气体保护下,将中间体1和氧化性物质分散到溶剂二中,中间体1与氧化性物质的摩尔比为1:2~12;反应温度20~120℃,反应时间1~48小时,即得到新型含砜类锂离子电池电解液添加剂;其中,原料1的结构如式(Ⅱ)所示:A、B分别选自于S或O;n为0或1;原料2的结构式如式(Ⅲ)所示:R1、R2分别独立选自于如下基团中的一种:其中,*为连接位点。即,本专利技术添加剂的合成路线如下:作为优选方案,步骤1)中,所述催化剂选自三氟化硼乙醚络合物、三氟化硼四氢呋喃络合物、对甲苯磺酸、苯磺酸、浓硫酸、三氟乙酸中的一种或多种。作为优选方案,步骤1)中,所述溶剂一选自甲苯、二甲苯、氯苯、四氢呋喃中的一种或多种。作为优选方案,步骤2)中,所述氧化性物质选自双氧水、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧乙酸、过氧化钠、过硼酸钠、过氧化脲、20%~100%的氧气中的一种。作为优选方案,步骤2)中,所述溶剂二为醋酸或丙酸。所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的用途,在锂离子电池非水电解液中,至少含有一种所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂。包含所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的锂离子电池电解液,包括锂盐、溶剂,还包括所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂;所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的添加量为锂离子电池非水电解液总质量的0.05%~2%。作为优选方案,所述锂离子电池电解液,所述溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯以及丁酸乙酯中的一种或多种。作为优选方案,所述锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiODFB以及LiFSI中的一种或多种。本专利技术的有益效果为:1、本专利技术开创性的提出了一种含砜类锂离子电池电解液添加剂及其制备方法;本专利技术添加剂的制备方法反应条件温和、易于控制、操作简单安全、环保高效,收率高,纯度高,无需特殊精制即可满足锂离子电池需要;且原料廉价易得,生产成本低,适合工业化大规模生产。2、通过实验结果表明,本专利技术提供的含砜类锂离子电池电解液添加剂作为非水电解液添加剂,可有效提高锂离子电池常温及高温下循环稳定性能,对锂离子电池的性能有重要影响。附图说明图1为25℃下本专利技术提供的新型锂离子电解液添加剂含量0.1%的电池与添加0.1%环丁砜和无添加剂的电池循环比容量图。图2为60℃下本专利技术提供的新型锂离子电解液添加剂含量0.1%的电池与添加0.1%环丁砜和无添加剂的电池循环比容量图。具体实施方式以下通过具体实例进一步描述本申请。不过这些实例仅仅是范例性的,并不对本申请的保护范围构成任何限制。在下述实施例、对比例中,所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明,均为常规试剂、常规材料以及常规仪器,均可商购获得,其中所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。一、锂离子电池电解液添加剂的制备由于本专利技术添加剂种类较多,选择几个化合物对制备方法进行阐述。实施例1化合物A10的合成1)中间体的制备氮气保护下,向250ml三口烧瓶内,依次加入20.0g(0.21mol)1,2-乙二硫醇、38.3g(0.21mol)二苯甲酮、3.8g(0.02mol)对甲苯磺酸和100mL甲苯。加热,升温至体系回流,回流分水,保温反应,GC跟踪测试,约16.0hrs反应完毕。体系反应完毕后,加水淬灭,饱和碳酸钠水洗一次,有机相减压旋蒸脱溶剂(-0.09~-0.08MPa,浴温50~60℃),减压蒸馏得49.38gA10中间体,收率91%。使用GC-MS来识别该化合物,分子式C15H14S2,检测值[M]+=258,计算值258.05。1HNMR(δ,400MHz,CDCl3):7.18~7.29ppm(10H,m),2.36~2.42ppm(4H,t);2)化合物A10的制备:氮气保护下,向500mL的三口烧瓶中依次加入2.58g(0.01mol)中间体,15.39g(0.1mol)四水合过硼酸钠和70ml醋酸,于70-80℃搅拌反应,GC跟踪反应,约8h反应完毕,过滤除去无机盐,并加入冰水(约250ml)淬灭,二氯甲烷萃取,饱和碳酸钠水溶液洗涤两次。所得有机相无水硫酸钠干燥,减压旋蒸脱溶剂至无馏分,所得产物采用乙腈正庚烷混合溶剂重结晶,减压干燥得到2.59gA10,GC纯度99.81%,收率81%。使用GC-MS来识别该化合物,分子式C15H14O4S2,检测值[M]+=322,计算值322.03。1HNMR(δ,400MHz,CDCl3):7.18~7.29ppm(10H,m),2.36~2.42ppm(4H,t)。实施例2化合物A21的合成1)中间体的制备氮气保护下,向250ml三口烧瓶内,依次加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂,其特征在于,其化学式如式(Ⅰ)所示:/n

【技术特征摘要】
1.一种新型含砜类锂离子电池电解液添加剂,其特征在于,其化学式如式(Ⅰ)所示:



其中,X、Y分别独立的选自于O中的一种;n为0或1;
R1、R2分别独立选自于如下基团中的一种:



其中,*为连接位点。


2.如权利要求1所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的制备方法,其特征在于,包括步骤:
1)惰性气体保护下,将原料1、原料2和催化剂分散在溶剂一中,原料1、原料2与催化剂的摩尔比为1:1~1.05:0.05~0.2,反应温度0~120℃,反应时间1~24小时,反应即得到中间体1;
2)惰性气体保护下,将中间体1和氧化性物质分散到溶剂二中,中间体1与氧化性物质的摩尔比为1:2~12;反应温度20~120℃,反应时间1~48小时,即得到新型含砜类锂离子电池电解液添加剂;
其中,原料1的结构如式(Ⅱ)所示:



A、B分别选自于S或O;n为0或1;
原料2的结构式如式(Ⅲ)所示:



R1、R2分别独立选自于如下基团中的一种:



其中,*为连接位点。


3.如权利要求2所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的制备方法,其特征在于:步骤1)中,所述催化剂选自三氟化硼乙醚络合物、三氟化硼四氢呋喃络合物、对甲苯磺酸、苯磺酸、浓硫酸、三氟乙酸中的一种或多种。


4.如权利要求2或3所述新型含砜类锂离子电池电解液添加剂的制备方法,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘斌任大永张善国林存生石宇
申请(专利权)人:中节能万润股份有限公司
类型:发明
国别省市:山东;37

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1