3-羟基环丁砜衍生物及其合成方法和作为锂离子电池电解液添加剂的应用技术

本发明专利技术公开了3

【技术实现步骤摘要】
3
‑
羟基环丁砜衍生物及其合成方法和作为锂离子电池电解液添加剂的应用


[0001]本专利技术涉及电池电解液添加剂
，具体涉及一种3
‑
羟基环丁砜衍生物及其合成方法和作为锂离子电池电解液添加剂的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池已成功走进我们的生活，随着社会的进步和人们物质水平的提高，人们对锂离子电池的要求越来越高。目前商业化电池在充放电过程中，有机溶剂会与电极材料发生反应，造成电解液的减少和电池容量的衰减，对电池的寿命造成较大的影响。电解液作为电池中重要的组成部分，可以通过改变电解液的成分来改善电池的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是鉴于上述现有技术的问题，经过研究，提供一种3
‑
羟基环丁砜衍生物及其合成方法和作为锂离子电池电解液添加剂的应用。
[0004]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0005]一种衍生物，结构式如下：
[0006]或者
[0007]其中，R1为氢原子或者甲基，R2为三氟乙基，三氟丙基，五氟丙基，六氟异丙基，烯丙基或者烯丁基等；
[0008]3‑
羟基环丁砜衍生物作为添加剂应用到电解液里，充放电过程中可以优于其他溶剂分解在负极表面形成稳定的SEI膜，使得电池负极表面形成稳定的SEI膜，在高温60℃存储中电压内阻变化很小，可以减少电池的自放电，在低温
‑
20℃下可以提高电池的放电容量，在25℃循环中可以减少电池容量的损失，提高电池的使用寿命。
[0009]上述的3
‑
羟基环丁砜衍生物，所述合成方法包含依次进行的以下步骤：
[0010]1)在氮气保护下，取原料3
‑
环丁烯砜和碱溶液进行加成反应，得到中间体3
‑
羟基环丁砜，反应如下：
[0011][0012]2)在氮气保护下，3
‑
羟基环丁砜与(甲基)丙烯酸进行亲核取代反应，得到目标化合物如下：
[0013][0014]3)在氮气保护下，3
‑
羟基环丁砜与卤代醇或烯醇进行醚化反应，得到目标化合物如下：
[0015][0016]进一步的，步骤1)加成反应后得到的粗品经过中和，除盐纯化处理，用于下一步。
[0017]进一步的，步骤1)中所述的环丁烯砜、碱的摩尔比为：1：1～4；步骤2)中所述的3
‑
羟基环丁砜、(甲基)丙烯酸的摩尔比为：1：1～2；步骤2')中所述的3
‑
羟基环丁砜、氟代醇或者烯基醇的摩尔比为：1:1～2。
[0018]进一步的，步骤1)中所述加成反应温度是0℃～80℃，时间是2～24h；步骤2)中所述亲核取代反应温度是0℃～40℃，时间是0.5～6h；步骤2')中所述的温度是
‑
10～30℃，时间是1～6h。
[0019]进一步的，步骤1)中反应溶剂为水溶液，反应中使用的碱是氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钾，碳酸钠等无机碱；步骤2)中反应溶剂是二氯甲烷，三氯甲烷，1,4
‑
二氧六环，正己烷等有机溶剂；步骤3)中反应溶剂是四氢呋喃，1,4
‑
二氧六环，乙醚等。
[0020]进一步的，步骤1)加成反应后得到粗品蒸除水分后得到的混合物，产品经过除盐干燥后用于下一步；步骤2)亲核反应后用饱和碳酸氢钠淬灭，有机溶剂萃取，水洗，无水硫酸镁干燥，纯化，即得所述环丁砜衍生物；步骤3)醚化反应后直接蒸干，经过柱纯化后得到目标产物。
[0021]上述的一种锂离子电池电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂为所述的制备方法所制的3
‑
羟基环丁砜衍生物。
[0022]上述的锂离子电池电解液，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、二(三氟甲基磺酰)甲基锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、LiAsF6、LiClO4中的一种或多种按任意比例混合组成，所述的锂离子电池电解液中锂盐质量百分含量为1％～20％，优选的，锂盐质量百分含量为12.5wt％。
[0023]上述的锂离子电池电解液，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、丙烯磺酸内酯、二氟磷酸锂和亚磷酸三苯酯中的一种或几种按任意比例混合组成。
[0024]上述的锂离子电池电解液，所述的锂离子电池电解液中添加剂质量百分含量为0～2.5％，进一步优选0.01～2.5％，最优选为1.0％。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0026]本专利技术提出了一种3
‑
环丁砜衍生物的合成方法及应用，该合成方法合成原料廉价易得，合成过程较简单，产率和纯度都较高。所述的3
‑
羟基环丁砜衍生物作为添加剂应用到电解液中，3
‑
羟基环丁砜衍生物的还原电位在1.2V左右，可以优于其他溶剂分解在负极表面形成稳定的SEI膜，在高温60℃存储中电压内阻变化很小，可以减少电池的自放电，在低温
‑
20℃下可以提高电池的放电容量，在25℃循环中可以减少电池容量的损失，提高电池的使用寿命。
附图说明
[0027]图1是含有实施例5和对比例电解液扣电的循环伏安曲线；
[0028]图2是含有实施例4
‑
6和对比例电解液电池的交流阻抗曲线；
[0029]图3是含有实施例4
‑
6和对比例电解液电池的倍率性能测试曲线；
[0030]图4是含有实施例4
‑
6和对比例电解液电池的循环性能测试曲线；
[0031]图5是实施例中3
‑
甲基丙烯酸酯基环丁砜的核磁氢谱。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例，对本专利技术作进一步的描述，但不构成对本专利技术的任何限制，任何在本专利技术权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本专利技术的权利要求范围内。
[0033]为了详细说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施方式作进一步说明。
[0034]合成部分
[0035]本专利技术中的3
‑
羟基环丁砜衍生物，结构为：或者其中R1为氢原子或者甲基，R2为三氟乙基，三氟丙基，五氟丙基，六氟异丙基，烯丙基或者烯丁基等。具体的，为3
‑
甲基丙烯酸酯基环丁砜、3
‑
丙烯酸酯基环丁砜和2,2,2
‑
三氟乙氧基
‑3‑
环丁砜的合成，其合成方法如下：
[0036]实施例1
[0037]3‑
甲基丙烯酸酯基环丁砜的结构式如下：
[0038][0039]合成步骤如下：
[0040]步骤1向1000ml三口反应瓶中加入400ml2N的氢氧化钠溶液，氮气置换三次，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3
‑
羟基环丁砜衍生物，其特征在于，为以下结构：或者其中，R1为氢原子或者甲基，R2为三氟乙基，三氟丙基，五氟丙基，六氟异丙基，烯丙基或者烯丁基。2.根据权利要求1所述的3
‑
羟基环丁砜衍生物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在氮气保护下，取原料3
‑
环丁烯砜和碱溶液进行加成反应，得到中间体3
‑
羟基环丁砜，中间体3
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羟基环丁砜的结构如下：2)在氮气保护下，3
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羟基环丁砜与(甲基)丙烯酰氯或丙烯酸进行亲核取代反应，得到3
‑
羟基环丁砜衍生物，3
‑
羟基环丁砜衍生物的结构如下：3)在氮气保护下，3
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羟基环丁砜与卤代醇或烯醇进行醚化反应，得到3
‑
羟基环丁砜衍生物，3
‑
羟基环丁砜衍生物的结构如下：3.根据权利要求2所述的3
‑
羟基环丁砜衍生物的合成方法，其特征在于，步骤1)中，所述的环丁烯砜、碱的摩尔比为1：1～4；步骤2)中，所述的3
‑
羟基环丁砜、(甲基)丙烯酰氯或丙烯酸的摩尔比为1：1～2；步骤3)中，所述的3
‑
羟基环丁砜、卤代醇或烯醇的摩尔比为1:1～2。4.根据权利要求2所述的3
‑
羟基环丁砜衍生物的合成方法，其特征在于，步骤1)中，所述的加成反应的温度是0℃～80℃，时间是2～24h；步骤2)中，所述的亲核取代反应的温度是0℃～40℃，时间是0.5～6h；步骤3)中，所述的醚化反应的温度是
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10～30℃，时间是1～6h。5.根据权利要求2所述的3
‑
羟基环丁砜衍生物的合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，刘福金，刘景成，舒鑫琳，徐洪佳，裴航，陈杰，
申请(专利权)人：研一杭州新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：