一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用，涉及锂离子电池添加剂技术领域。制备方法如下：在容器中加入4

【技术实现步骤摘要】
一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池添加剂
，具体涉及一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]带有层状过渡金属氧化物阴极和石墨阳极的锂离子电池由于具有卓越的循环稳定性和高能量，导致其在便携式电子产品和电动汽车中无处不在，在这种电池的电化学循环过程中，锂离子从一个电极中脱插然后插到另一个电极中，效率很高且具有可逆性。
[0003]锂离子电池自1991年以来已经商业化，层状氧化物，如LiMO2(其中M＝Co,Ni,Mn)是商业电池中的首选阴极材料，但为了进一步提高能量密度，阴极材料需要在超过4.0V的电压下工作，且在电池老化过程中性能不会下降。Li Ni
x
Mn
y
Co
z
O2(x+y+z＝1)阴极因其性质可调节，足以平衡电池的能量密度、安全性和循环稳定性而备受关注，阴极
‑
电解质界面对阴极阻抗的贡献最大，而阴极阻抗又是全电池阻抗的主要组成部分。随着电池的老化，阴极和全电池阻抗逐渐增加，最终达到电池的充电和放电变得极其缓慢的数值，这种现象被称为"阻抗上升"。为了提高锂离子电池的能量密度，需要在超过4V的Li/Li
+
的电位下操作层状锂化氧化物阴极。然而，当持续暴露在这样的高电位下时，电池材料会逐渐老化，需要电解质添加剂的保护。为了加强电池的表面保护和改善电池性能，本专利技术提供了一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用，制得的三甲基硅基类化合物具有捕获水分或酸的能力，且密度较低，将其作为添加剂应用于锂离子电池，可以提高电池的容量保持率，提高电极材料的稳定性，还能降低电极电荷转移阻抗并且提高电极的放电容量比，改善锂离子电池的性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种三甲基硅基类化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、在干燥的容器中加入4
‑
溴二苯甲酮、双(三苯基膦)氯化钯、三苯基磷和碘化亚铜，将容器抽至真空状态后充入氮气，然后将三乙胺和四氢呋喃加入容器中，加热至50℃溶解，再将三甲基乙炔基硅加入容器中，在50℃条件下反应12h；
[0007]S2、将步骤S1反应后的溶剂吹干，然后对得到的反应产物进行萃取干燥，除去萃取溶剂后得粗产物，再对粗产物进行分离提纯，得到产物A；
[0008]S3、在干燥的容器中加入步骤S2所得的产物A和锌粉，将容器抽至真空状态后充入氮气，然后将四氢呋喃加入容器中再进行冰浴降温，降温后再将四氯化钛加入容器中，撤掉冰浴后反应半小时后再加热至70℃，搅拌反应12h；
[0009]S4、在步骤S3反应后的容器中加入稀盐酸，然后对溶剂进行吹干，对得到的产物进行萃取干燥，除去萃取溶剂后得到粗产物，再对粗产物进行分离提纯，分离出最终产物三甲
基硅基类化合物；
[0010]其中，合成路线如下：
[0011][0012]优选的，所述步骤S1中4
‑
溴二苯甲酮与三甲基乙炔基硅的摩尔用量比为10:13。
[0013]优选的，所述步骤S1中双(三苯基膦)氯化钯、三苯基磷与碘化亚铜的摩尔用量比为1:3:2。
[0014]优选的，所述步骤S3中产物A、锌粉与四氯化钛的摩尔用量比为1:1:1。
[0015]优选的，所述步骤S2和所述步骤S4均用压缩空气将溶剂吹干。
[0016]优选的，所述步骤S2和所述步骤S4中萃取干燥操作均为：用二氯甲烷和水对反应产物进行萃取，合并有机层后用无水硫酸镁干燥。
[0017]优选的，所述步骤S2和所述步骤S4中均利用旋转蒸发仪除去萃取溶剂得到粗产物，粗产物用柱层析分离法提纯，其中所用洗脱剂为正己烷/二氯甲烷的混合溶剂。
[0018]制备方法所制得的三甲基硅基类化合物在锂离子电池中的应用。
[0019]因此，本专利技术提供了一种三甲基硅基类化合物的制备方法及其应用，具体有益效果如下：
[0020](1)三甲基硅基类化合物具有捕获水分或酸的能力，且密度较低；
[0021](2)将三甲基硅基类化合物作为添加剂应用于锂离子电池，可以加强电池的表面保护和改善电池性能，其在电解液中与六氟磷酸锂发生反应，产生次级产品二氟磷氧三甲基硅烷作为该电解液中的阴极保护，阻碍有害反应的发生，进而提高容量保持率和减少高压锂离子电池阻抗上升；
[0022](3)提高电池的容量保持率，提高电极材料的稳定性，同时还能提高电极的放电容量比。
[0023]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0024]图1是本专利技术所制得的三甲基硅基类化合物在氘代氯仿中的1HNMR氢谱图，其中溶剂峰用星号*标注；
[0025]图2是本专利技术所制得的三甲基硅基类化合物在氘代氯仿中的
13
CNMR碳谱图，其中溶剂峰用星号*标注；
[0026]图3是在电流密度为0.5C的条件下LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2电极分别在电解液Ⅰ和电解液Ⅱ中的循环性能曲线图；
[0027]图4是LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2电极分别在电解液Ⅰ和电解液Ⅱ中静置12h后的电化学阻抗曲线图；
[0028]图5是在电流密度为0.1C的条件下LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2电极分别在电解液Ⅰ和电解液Ⅱ中的首周充放电曲线图。
具体实施方式
[0029]以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例
[0031]本专利技术提供了一种三甲基硅基类化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1、在干燥的三口烧瓶中加入20mmol的4
‑
溴二苯甲酮作为反应物，0.4mmol的双(三苯基膦)氯化钯、1.2mmol的三苯基磷以及0.8mmol的碘化亚铜作为催化剂，使用真空泵将三口烧瓶抽为真空状态后再充入氮气，反复操作三次；然后用注射器将160mL的三乙胺和30mL的四氢呋喃加入三口烧瓶中，加热至50℃，待催化剂溶解于溶剂中后，再将26mmol的三甲基乙炔基硅作为反应物加入到三口烧瓶中进行反应，反应温度保持在50℃，反应12小时后，反应结束；
[0033]S2、反应结束后用压缩空气将溶剂吹干，得到的反应产物用二氯甲烷和水萃取，合并有机层后用无水硫酸镁对其进行干燥，然后利用旋转蒸发仪将萃取溶剂除去，得到反应粗产物；最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三甲基硅基类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在干燥的容器中加入4
‑
溴二苯甲酮、双(三苯基膦)氯化钯、三苯基磷和碘化亚铜，将容器抽至真空状态后充入氮气，然后将三乙胺和四氢呋喃加入容器中，加热至50℃溶解，再将三甲基乙炔基硅加入容器中，在50℃条件下反应12h；S2、将步骤S1反应后的溶剂吹干，然后对得到的反应产物进行萃取干燥，除去萃取溶剂后得粗产物，再对粗产物进行分离提纯，得到产物A；S3、在干燥的容器中加入步骤S2所得的产物A和锌粉，将容器抽至真空状态后充入氮气，然后将四氢呋喃加入容器中再进行冰浴降温，降温后再将四氯化钛加入容器中，撤掉冰浴后反应半小时后再加热至70℃，搅拌反应12h；S4、在步骤S3反应后的容器中加入稀盐酸，然后对溶剂进行吹干，对得到的产物进行萃取干燥，除去萃取溶剂后得到粗产物，再对粗产物进行分离提纯，分离出最终产物三甲基硅基类化合物；其中，合成路线如下：2.根据权利要求1所述的一种三甲基硅基类化合物的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中4
‑
溴二苯甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：高青青，叶鹏，张旻澍，钟旭航，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：