一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用。该环状双磷酸酯类化合物具有结构式(I)所示的结构：其中，R1、R2各自独立地表示取代或未取代的C1～C5的烷基，取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种，且R1和R2中至少一个为取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基任意一种；R3表示取代或未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种。该环状双磷酸酯类化合物可以在电池正负极表面形成稳定的界面膜，抑制电解液分解；调控环状双磷酸酯类化合物结构的不饱和度调节界面膜的阻抗，保护电极、减小极化，抑制界面阻抗增加；具有该环状双磷酸酯类化合物的电解液可以更好改善电芯的高温储存产气以及循环性能。存产气以及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]全球工业化的大力发展造成了传统化石能源的日益枯竭和严重的环境污染问题，人类不得不寻求新能源结构转型。时至今日，具有循环寿命长、能量密度高、充电时间短、体积小、重量轻、无记忆效应等特点的锂离子电池在储能和动力电池领域占据了重要的地位，但仍存在里程焦虑，因此对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。为了获得更高的能量密度同时降低成本，三元层状正极材料LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(0≤x，y，z<1)中Ni的含量被不断提高，因为Ni离子发生主要的氧化还原反应；而Co的含量不断降低，因为Co的价格波动较大。随着Ni含量的提高，在高电位或高温条件下，正极表面容易释放晶格氧，同时四价Ni离子的强催化性，使电解液发生氧化分解并产生大量气体和HF，HF攻击正极材料导致的过渡金属溶出，而且伴随着大量高阻抗的分解产物堆积在正极表面使阻抗增大，从而严重损害了锂离子电池的循环稳定性并带来了安全隐患。
[0003]另一方面，石墨电极首次化成生成的SEI膜对电池性能起着至关重要的作用。形成的SEI膜阻抗太大会使电池初期极化加剧，此时很容易导致负极表面析出金属锂，消耗了电池中的活性锂，大幅降低电池的可逆容量；另外，析出的金属锂也可能会刺穿隔膜，从而影响电池的安全性能。
[0004]因此，现在亟需开发一种新型电解液添加剂，以提高锂离子电池的循环稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用，以解决现有技术中电解液中氧化分解产生的HF攻击正极材料导致过渡金属溶出的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种环状双磷酸酯类化合物，该环状双磷酸酯类化合物具有结构式(I)所示的结构：
[0007][0008]其中，R1、R2各自独立地表示取代或未取代的C1～C5的烷基，取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种，且R1和R2中至少一个为取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的
任意一种；R3表示取代或未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种。
[0009]进一步地，R1和R2各自独立地表示未取代的C1～C5的烷基，至少一个氢原子被卤素取代的C1～C5的烷基，未取代的C2～C5的不饱和烃基，至少一个氢原子被卤素取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种；且R1和R2中至少一个为未取代的C2～C5的不饱和烃基、至少一个氢原子被卤素取代的C2～C5的不饱和烃基中的任意一种；优选R3表示至少一个氢原子被卤素取代的C1～C5的亚烷基，未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种；优选卤素为氟。
[0010]进一步地，R1和R2各自独立地表示丙基、炔丙基、三氟乙基、乙烯基中的一种，优选R1和R2各自独立地表示丙基、炔丙基、三氟乙基中的一种；优选R3表示亚甲基、甲基取代的亚甲基、二氟甲基取代的亚甲基、三氟甲基取代的亚甲基、乙基取代的亚甲基、三氟乙基取代的亚甲基或磺酰基，进一步优选R3表示亚甲基、甲基取代的亚甲基或二氟甲基取代的亚甲基。
[0011]进一步地，环状双磷酸酯类化合物选自以下化合物中的一种或多种：
[0012][0013]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种电解液，包括电解液添加剂、锂盐、有机溶剂，电解液添加剂包括上述环状双磷酸酯类化合物中的任意一种或多种。
[0014]进一步地，环状双磷酸酯类化合物的含量为电解液总质量的0.1～5.0％。
[0015]进一步地，电解液中，锂盐的质量含量为12.0～15.0％，优选为12.5～13.5％，优选锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂和双(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或多种，优选锂盐中必含六氟磷酸锂；优选锂盐中六氟磷酸锂之外的锂盐的含量为电解液总质量的0～5.0％。
[0016]进一步地，有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二苯酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ
‑
丁内酯、乙腈、环丁砜中的一种或多种，优选有机溶剂中至少包括两种成分，优选有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的至少两种，优选电解液中有机溶剂的质量含量为80～87.9％。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述电解液的制备方法，制备方法包括：步骤S1，在惰性气体保护下，将锂盐和有机溶剂混合，混合过程中温度升高不超过2℃，得到无色透明液体；步骤S2，将环状双磷酸酯类化合物和无色透明液体混合，得到电解液。
[0018]根据本专利技术的又一方面，提供了一种锂离子电池，包括正极、电解液和负极，其特
征在于，电解液包括上述电解液。
[0019]应用本专利技术的技术方案，本申请中的环状双磷酸酯类化合物含有不饱和基团，环状磷酸酯类化合物可以用于阻燃剂、电解液添加剂等。当该环状双磷酸酯类化合物用作电池电解液添加剂时，可以在电池正负极表面形成稳定的界面膜，抑制电解液分解；通过调控环状双磷酸酯类化合物结构中的不饱和度来调节界面膜的阻抗，得到性能好且阻抗小的界面膜层，保护电极的同时减小极化，抑制界面阻抗增加；同时，其中的磷元素能作为阴离子受体捕捉电解液中的HF，避免过渡金属溶出，且环状双磷酸酯类化合物含有两个磷，因此对HF的捕捉能力更强，进而可以更有效地解决HF攻击正极材料导致过渡金属溶出的问题。综合上述作用，具有本申请的环状双磷酸酯类化合物的电解液可以更好地改善电芯的高温储存产气以及循环性能。
具体实施方式
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0021]如
技术介绍
所分析的，现有技术中存在电解液中氧化分解产生的HF攻击正极材料导致过渡金属溶出的问题。为了解决这一问题，本申请提供了一种环状双磷酸酯类化合物、其制备方法及其应用。
[0022]在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种环状双磷酸酯类化合物，该环状双磷酸酯类化合物具有结构式(I)所示的结构：
[0023][0024]其中，R1、R2各自独立地表示取代或未取代的C1～C5的烷基，取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种，且R1和R2中至少一个为取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的任意一种；R3表示取代或未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种。
[0025]本申请中的环状双磷酸酯类化合物含有不饱和基团，环状磷酸酯类化合物可以用于阻燃剂、电解液添加剂等。当该环状双磷酸酯类化合物用作电池电解液添加剂时，可以在电池正负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环状双磷酸酯类化合物，其特征在于，所述环状双磷酸酯类化合物具有结构式(I)所示的结构：其中，R1、R2各自独立地表示取代或未取代的C1～C5的烷基，取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种，且R1和R2中至少一个为所述取代或未取代的C2～C5的不饱和烃基中的任意一种；R3表示取代或未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种。2.根据权利要求1所述的环状双磷酸酯类化合物，其特征在于，所述R1和所述R2各自独立地表示未取代的C1～C5的烷基，至少一个氢原子被卤素取代的C1～C5的烷基，未取代的C2～C5的不饱和烃基，至少一个氢原子被卤素取代的C2～C5的不饱和烃基中的一种；且R1和R2中至少一个为所述未取代的C2～C5的不饱和烃基、至少一个氢原子被卤素取代的C2～C5的不饱和烃基中的任意一种；优选所述R3表示至少一个氢原子被所述卤素取代的C1～C5的亚烷基，未取代的C1～C5的亚烷基、磺酰基中的一种；优选所述卤素为氟。3.根据权利要求2所述的环状双磷酸酯类化合物，其特征在于，所述R1和所述R2各自独立地表示丙基、炔丙基、三氟乙基、乙烯基中的一种，优选所述R1和所述R2各自独立地表示丙基、炔丙基、三氟乙基中的一种；优选所述R3表示亚甲基、甲基取代的亚甲基、二氟甲基取代的亚甲基、三氟甲基取代的亚甲基、乙基取代的亚甲基、三氟乙基取代的亚甲基或磺酰基，进一步优选所述R3表示亚甲基、甲基取代的亚甲基或二氟甲基取代的亚甲基。4.根据权利要求1所述的环状双磷酸酯类化合物，其特征在于，所述环状双磷酸酯类化合物选自以下化合物中的一种或多种：
5.一种电解液，包括电解液添加剂、锂盐、有机溶剂，其特征在于，所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅佳乐，李万隆，何轩，吕国显，潘炳昕，褚春波，张耀，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：