本发明专利技术涉及一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，属于锂电池非水电解液添加剂技术领域，所述的电解液添加剂的结构式如式I所示：R选自甲基、乙基、三氟乙基、丙基、异丙基、丙烯基、丙炔基、苯基、含烷基苯基、含氟烷基苯基、含烷基氧基苯基、含氟烷基氧基苯基、含氟原子或氰基的苯基、含氰基原子的碳原子数1～4的烷烃基、三甲基硅基、三乙基硅基、三甲氧基硅基、含不饱和键烷基硅基中的一种。将所述的含膦异氰酸酯类电解液添加剂其配制成锂电池非水电解液，表现出良好的阻燃性能；进一步将其应用到锂离子电池中，使得电池在高电压下具有良好的高温存储性能、常温循环性能以及高温循环性能。循环性能以及高温循环性能。
【技术实现步骤摘要】
一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂及其应用
[0001]本专利技术涉及一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂及其应用，属于锂电池非水电解液添加剂
技术介绍
[0002]锂离子电池由于其自放电率低，循环寿命长，工作电压高，污染小等无可替代的优势，目前已作为电源广泛应用于生活中。无论是在移动通讯，笔记本电脑，还是在新能源汽车等领域，均具有广阔的前景。与此同时，用户也对锂离子电池提出了高能量密度，快速充电等要求。在锂离子电池体系中，不断提高电池工作电压，工作温度，均会导致不同程度的电解液分解，从而加速电池性能的劣化和失效。
[0003]电解液在首次充放电的过程中，电解液会部分分解，从而在电极材料表面形成一层钝化膜，称为固体电解质界面膜(SEI)。SEI膜的化学组成及结构对于提升电池工作电压，工作温度，循环寿命起到了关键性的作用。通过少量添加剂的加入优化SEI膜的成分是改善电池性能最经济便捷的方法。
[0004]专利CN109888386，公开了一种高温高压安全性锂离子电池电解液以及锂离子电池。其中所述锂离子电池电解液通过添加第一类异氰酸酯类添加剂和第二类成膜添加剂，能够在电极材料表面形成稳定的SEI膜，既有利于离子传导又能够抑制电解液的分解；添加第三类氟代阻燃剂，F原子既可以在电极界面成膜，又可以减小分子间作用力，降低其粘度，改善电解液的电导率。各组分协同作用，使得电池在高电压下具有良好的高温存储性能、常温循环性能以及高温循环性能，且无安全隐患。
[0005]专利CN111052484，也公开了一种异氰酸酯类材料，有助于SEI形成，改善电池的循环性能和稳定性。
[0006]通过上述现有技术可以得知，对于含有异氰酸酯类化合物在常温、高温、低温的存储、循环等性能方面具有一定的贡献。但若要同时解决电池SEI膜稳定性和阻燃性能，仍需要多种添加剂复合使用才能实现，为此需要进一步开发均有多种功能的新材料。
技术实现思路
[0007]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，将其配制成锂电池非水电解液，表现出良好的阻燃性能；进一步将其应用到锂离子电池中，使得电池在高电压下具有良好的高温存储性能、常温循环性能以及高温循环性能。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，所述的电解液添加剂的结构式如式I所示：
[0009][0010]R选自甲基、乙基、三氟乙基、丙基、异丙基、丙烯基、丙炔基、苯基、含烷基苯基、含氟烷基苯基、含烷基氧基苯基、含氟烷基氧基苯基、含氟原子或氰基的苯基、含氰基原子的碳原子数1～4的烷烃基、三甲基硅基、三乙基硅基、三甲氧基硅基、含不饱和键烷基硅基中的一种。
[0011]进一步的，所述的电解液添加剂为如下结构式中的任意一种或两种以上混合：
[0012][0013][0014][0015][0016]本专利技术还公开了所述新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
[0017]在惰性气体的保护下，控制反应温度
‑
30℃～30℃，原料1和原料2加入到反应瓶中，并于
‑
30℃～130℃反应时间1～48小时，进一步通过减压精馏纯化得到所述的电解液添加剂；
[0018]所述的原料1的用量与原料2的用量的摩尔比为原料1：原料2＝1.0：1.0～5.0；
[0019][0020]R选自甲基、乙基、三氟乙基、丙基、异丙基、丙烯基、丙炔基、苯基、含烷基苯基、含氟烷基苯基、含烷基氧基苯基、含氟烷基氧基苯基、含氟原子或氰基的苯基、含氰基原子的碳原子数1～4的烷烃基、三甲基硅基、三乙基硅基、三甲氧基硅基、含不饱和键烷基硅基中
的一种。
[0021]所述制备方法原料廉价易得、反应条件温和、操作简单安全。
[0022]本专利技术还公开了所述新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂的应用，所述的含膦异氰酸酯类电解液添加剂应用于锂离子电池，所述锂离子电池包括负极、正极、设置在负极和正极之间的隔膜以及含膦异氰酸酯类电解液添加剂的非水电解液。其中，所述的负极选自由碳基活性材料、硅基活性材料、金属基活性材料或含锂氮化物组成的群组中的单一材料，或者其中的两种或更多中的混合物。
[0023]进一步的，所述的非水电解液包括溶剂、电解质锂盐和所述的含膦异氰酸酯类电解液添加剂。
[0024]进一步的，以电解液总质量为基准，所述的含膦异氰酸酯类电解液添加剂质量含量为0.01～5％，优选0.1～2％。
[0025]进一步的，所述的电解质锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiODFB、LiTDI、LiTFSI以及LiFSI中的一种或多种，优选LiPF6；以电解液总质量为基准，所述的电解质锂盐含量为10
‑
20wt％。
[0026]进一步的，所述的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、碳酸甲丙炔酯、1,4
‑
丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯或丁酸乙酯中的一种或多种的组合。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028](1)本专利技术提供了一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，并提供了该类化合物的合成方法，该合成方法中原料廉价易得，过程反应条件温和、操作简单安全；
[0029](2)本专利技术提供的新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，将磺酰基、膦酸酯和异氰酸酯结构基团有机结合到一起，其中磺酰基和异氰酸酯结构基团可促进电解液在电池的正极和负极形成薄而均匀的膜，利用磺酰基和异氰酸酯结构基团的良好成膜性能，促进电解液在负极上形成具有柔性的固态电解液界面膜(SEI膜)，由于磺酰基结构的引入，提高了所形成SEI膜中硫原子含量，改善离子迁移率，降低阻抗，能有效地减少锂离子的嵌入和脱出对于负极结构的破坏，同时减少负极和其他材料之间的反应，从而改善电池的寿命。同时，异氰酸酯基团可与电解液中微量的水，以及电池正负极表面的活泼氢作用，减少由活泼氢导致的LiPF6分解，从而避免LiPF6分解的氟化氢致使SEI分解破碎。将本专利技术提供的新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂应用于锂离子电池，有效地抑制了高温循环和高温存储时，电池容量的降低，同时可抑制电解液分解产气，可代替现有的DTD+己二异氰酸酯方案。
[0030](3)本专利技术提供的含有新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂电解液，基于有机膦酸酯结构基团，具有良好的阻燃性能(自熄灭性)，大幅提高电池的安全性能。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，其特征在于，所述的电解液添加剂的结构式如式I所示：R选自甲基、乙基、三氟乙基、丙基、异丙基、丙烯基、丙炔基、苯基、含烷基苯基、含氟烷基苯基、含烷基氧基苯基、含氟烷基氧基苯基、含氟原子或氰基的苯基、含氰基原子的碳原子数1～4的烷烃基、三甲基硅基、三乙基硅基、三甲氧基硅基、含不饱和键烷基硅基中的一种。2.根据权利要求1所述的一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂，其特征在于，所述的电解液添加剂为如下结构式中的任意一种或两种以上混合：
3.一种根据权利要求1或2任意一项所述的一种新型含膦异氰酸酯类电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：在惰性气体的保护下，控制反应温度
‑
30℃～30℃，原料1和原料2加入到反应瓶中，并于
‑
30℃～130℃反应时间1～48小时，进一步通过减压精馏纯化得到所述的电解液添加剂；所述的原料1的用量与原料2的用量的摩尔比为原料1：原料2＝1.0：1.0～5.0；R选自甲基、乙基、三氟乙基、丙基、异丙基、丙烯基、丙炔基、苯基、含烷基苯基、含氟烷基苯基、含烷基氧基苯基、含氟烷基氧基苯基、含氟原子或氰基的苯基、含氰基原子的碳原子数1～4的烷烃基、三甲基硅基、三乙基硅基、三甲氧基硅基、含不饱和键烷基硅基中的一种。
4.一种根据权利要求1
‑
【专利技术属性】
技术研发人员：付少邦，宫园园，林存生，宣力琪，程宝全，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：
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。