一种锂电池用阻燃添加剂、制备方法及电解液、锂电池技术

技术编号:25993943 阅读:2 留言:0更新日期:2020-10-20 19:03
本发明专利技术涉及锂电池技术领域,具体涉及一种锂电池用阻燃添加剂、制备方法及电解液、锂电池,其中,锂电池用阻燃添加剂包括具有式一结构的噻吩磷酸酯类化合物A、具有式二结构的噻吩磷酸酯类化合物B中的至少一种。本发明专利技术的阻燃添加剂的结构中含有一个或者多个磺酸酯类基团,其含有阻燃元素硫和/或卤素,能够增加本阻燃添加剂的阻燃性能。同时,本阻燃添加剂具有一个或者多个磷酸酯或者磺酸酯基团,由于这两个基团都比较大,所以会产生较大的空间位阻,使得在合成的时候,由于有大基团的阻碍,其产物更加单一,所含杂质更少,产率更高,也不容易被电解液中的其他物质所取代而分解,稳定性更高,阻燃性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池用阻燃添加剂、制备方法及电解液、锂电池
本专利技术涉及锂电池
,具体涉及一种锂电池用阻燃添加剂、制备方法及电解液、锂电池。
技术介绍
锂离子电池在过充等条件下,由于温度过高会发生爆炸,从而给人的生命财产造成不可挽回的损失,其爆炸的作用机理为,在受热条件下,电池内的电解液分解形成氧气以及氢气,甲烷等可燃气体,同时,电池内部为封闭的空间,当电池内部的氧气和可燃气体达到一定浓度后就会发生爆炸,可见,在电池发生爆炸时,其一般是电解液先开始分解燃烧,因此,提高电解液的热稳定性是提高电池安全性能的一个关键点。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本专利技术的第一目的在于提供一种锂电池用阻燃添加剂,其具有高热稳定性和阻燃性的优点。本专利技术的第二目的在于提供一种锂电池用阻燃添加剂的制备方法,该方法操作简单,生产效率高。本专利技术的第三目的在于提供一种电解液,采用本专利技术的电解液的电池,能够防止电池由于外部过充、撞击、挤压等外部条件所导致的安全问题。本专利技术的第四目的在于提供一种锂电池,其安全性能更高。本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现:一种锂电池用阻燃添加剂,其包括具有式一结构的噻吩磷酸酯类化合物A、具有式二结构的噻吩磷酸酯类化合物B中的至少一种;其中,R1、R4和R5分别为氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基、磺酸酯类基团、磷酸酯类基团、苯基、呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪中的至少一种;R2和R3分别为直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基中的至少一种;其中,R6为氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基中的至少一种;R9、R10分别为氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基、苯基、呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、磺酸酯、硫酸酯中的至少一种;R7、R8分别为直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基中的至少一种。本专利技术的化合物含有一个或者多个磺酸酯类基团,其含有阻燃元素硫和/或卤素,能够增加本化合物的阻燃性能。同时,本化合物具有一个或者多个磷酸酯或者磺酸酯基团,由于这两个基团都比较大,所以会产生较大的空间位阻,使得在合成的时候,由于有大基团的阻碍,其产物更加单一,所含杂质更少,产率更高,也不容易被电解液中的其他物质所取代而分解,稳定性更高,阻燃性能更好。其中,所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个含有卤素原子。优选地,所述R1、R4、R5中至少有一个含有卤素原子,所述R2、R3中至少有一个含有卤素原子。卤素原子有利于提高阻燃添加剂的阻燃效果,因为聚合物的燃烧是一个热氧化反应过程,而含有卤素的化合物在高温下分解产生卤原子,它将与聚合物中的氢原子反应生成卤化氢。卤化氢可与燃烧反应所生成的自由基结合,从而中止氧化反应起到阻燃作用。其中,所述R6、R7、R8、R9、R10中至少有一个含有卤素原子。优选地,所述R6、R9、R10中至少有一个含有卤素原子,所述R7、R8中至少有一个含有卤素原子。本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现:一种锂电池用阻燃添加剂的制备方法,其包括如下制备步骤:步骤一、对噻吩类化合物与溶剂A混合并进行加热;步骤二、将磷酸酯类化合物、溶剂A和催化剂混合形成混合液,然后将混合液缓慢滴入噻吩类化合物中,滴加完毕并完全反应后制得混合溶液C;步骤三、先将混合溶液C进行减压旋蒸除去大部分溶剂A后,再进行提纯,制得所述阻燃添加剂。其中所述磷酸酯类化合物为含有卤素原子的卤素磷酸酯类化合物。其中,所述噻吩类化合物包括以下结构式的化合物中的至少一种:所述磷酸酯类化合物包括以下结构式的化合物中的至少一种:其中,所述溶剂A包括乙酸乙酯和二氯甲烷。其中,所述乙酸乙酯和二氯甲烷按重量比为1.5-2.5:1进行混合。其中,所述催化剂包括路易斯酸催化剂。其中,所述路易斯酸催化剂为ICl3、BF3、SbCl5、FeBr3、FeCl3、SnCl4、TiCl4、ZnCl2中的至少一种。其中,在步骤一中,所述噻吩类化合物和溶剂A按质量比为1:10-20进行混合,该配比可以保证噻吩类化合物全部溶解,且溶解后的溶液浓度适中,避免浓度过高导致反应过快而造成反应过于激烈物料喷出反应装置的情况发生,而浓度过低反应时间过长,合成效率低。其中,在步骤二中,所述磷酸酯类化合物和溶剂A按质量比为1:4-6进行混合,所述催化剂的添加量为磷酸脂类化合物质量的0.2-0.4%。其中,所述步骤一中,对噻吩类化合物加热至60-80℃。其中,所述步骤二中,以3-6秒每滴的速度将混合液底架至噻吩类化合物中。其中,所述步骤三中,减压旋蒸时的温度为50-70℃,真空度为-0.06~-0.1MPa。其中,步骤三中,所述提纯方法包括精馏法,所述精馏法包括先在温度为40-60℃、真空度为100-800Pa的条件下精馏除去前馏分,接着升高温度到70-100℃继续精馏,制得所述阻燃添加剂。本专利技术的第三目的通过下述技术方案实现:一种电解液,其包括电解质锂盐、非水性溶剂和添加剂,所述添加剂包括上述的阻燃添加剂或者由上述的制备方法制得的阻燃添加剂。其中,所述电解质锂盐、非水性溶剂和添加剂按重量比为15-20:75-78:2-10进行混合。其中,所述电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双草酸硼酸锂(LIBOB)、双氟磺酰亚胺锂(LIFSI)、双三氟甲基亚胺锂(LITFSI)中的至少一种。优选的,所述电解质锂盐为四氟硼酸锂(LiBF4)和双氟磺酰亚胺锂(LIFSI),其电导率和热稳定性能更好,所述四氟硼酸锂和双氟磺酰亚胺锂的重量比为4:1。其中,所述非水性溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、γ-戊内酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯中的至少一种。其中,所述添加剂还包括成膜添加剂。其中,所述成膜添加剂为卤代酯、亚硫酸盐、乙烯类化合物中的至少一种。其中,所述卤代酯为氯代碳酸乙烯酯,所述亚硫酸盐为亚硫酸锂,所述乙烯类化合物为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种。其中,所述成膜添加剂与所述阻燃添加剂按重量比为1:2.5-3.5进行混合。本专利技术的第四目的通过下述技术方案实现:一种锂电池,其包括正极片、负极片、设于正极片和负极片之间的隔膜以及上述的电解液。其中,所述正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极活性导电浆料,所述负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性导电浆料。其中,所述正极集流体包括正极塑料薄膜主体和镀覆于所述正极塑料薄膜主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用阻燃添加剂,其特征在于:包括具有式一结构的噻吩磷酸酯类化合物A、具有式二结构的噻吩磷酸酯类化合物B中的至少一种;/n式一/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用阻燃添加剂,其特征在于:包括具有式一结构的噻吩磷酸酯类化合物A、具有式二结构的噻吩磷酸酯类化合物B中的至少一种;
式一



式二



其中,R1、R4和R5分别为氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基、磺酸酯类基团、磷酸酯类基团、苯基、呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪中的至少一种;R2和R3分别为直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基中的至少一种;
其中,R6为氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基中的至少一种;R9、R10分别为氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基、芳香基、烷氧基、苯基、呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、磺酸酯、硫酸酯中的至少一种;R7、R8分别为直链烷基、氟代烷基、溴代烷基、氯代烷基中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的一种锂电池用阻燃添加剂,其特征在于:所述R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个含有卤素原子。


3.根据权利要求1所述的一种锂电池用阻燃添加剂,其特征在于:所述R6、R7、R8、R9、R10中至少有一个含有卤素原子。


4.一种权利要求1-3任意一项所述的锂电池用阻燃添加剂的制备方法,其特征在于:包括如下制备步骤:
步骤一、对噻吩类化合物和溶剂A混合并进行加热;
步骤二、将磷酸酯类化合物、溶剂A和催化剂混合形成混合液,然后将混合液缓慢滴入噻吩类化合物中,滴加完毕并完全反应后制得混...

【专利技术属性】
技术研发人员:臧世伟刘文卿
申请(专利权)人:重庆金美新材料科技有限公司
类型:发明
国别省市:重庆;50

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