【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种含氟烃基的烷基磺酸盐及其应用，属于电池材料制备领域。
技术介绍
1、二次电池，特别是锂离子电池，由于具有容量大、寿命长、无环境污染、使用安全等优点，已广泛应用于新能源汽车、储能、数码电子产品等领域中。为了增强二次电池的各项特性，需要通过在电解液中加入特定添加剂等方式对电解液的理化性质进行改良，以满足各类应用领域对锂电池性能的多样化需求，可以大幅定向改善电解液的各项性能，帮助二次电池实现高能量密度、长循环寿命、高倍率性能、宽温度适用范围以及高安全性的优良特性。
2、中国专利申请cn103492319a公开了一种氟磺酸锂的制造方法、氟磺酸锂、非水电解液、以及非水电解质二次电池，该申请中采用卤化锂或羧酸锂与氟磺酸反应，制得了较高纯度的氟磺酸锂，用于锂电池中可以改善初期充电容量、输入输出特性以及阻抗性能，但该制备方法需使用氟磺酸，氟磺酸为超强酸，目标产物中残余的强酸以及副产物羧酸均会对电解液稳定性产生影响，后期纯化工艺复杂。
3、中国专利申请cn114315531a公开了一种具有高光敏活性的光敏剂及其制备方法，报道了以全氟丁基磺酰氟和碱金属的碱性化合物为原料制备全氟丁基磺酸盐的方法，但该方法存在原料价格高、工业化成本高的缺点，且反应后需要除去副产的氟化物，除氟工艺复杂。
4、现有技术中工业化的三氟甲基磺酸锂的生产工艺一般采用化学氟化法，反应原料为三氟甲基磺酰氟、氢氧化锂或碳酸锂，但副产的氟化锂会在生产过程中带入大量的金属杂质，后续不好去除，而且现有的碳酸锂和氢氧化锂等的生产工艺受限
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题之一为现有技术中烷基磺酸盐的制备需要去除副产的氟化物，工艺复杂、原料成本高且产品纯度低的问题，本专利技术提供一种含氟烃基的烷基磺酸盐，该烷基磺酸盐的制备工艺简单、原料成本低且产品纯度高。
2、而且，本专利技术的含氟烃基的烷基磺酸盐，通过将含氟基团和磺酸盐基团同时引入到分子结构中发挥协同作用，氟具有很强的电负性和弱极性，含氟基团的引入会使得溶剂凝固点降低、闪点升高、抗氧化性提高，有效提高电解液的低温性能、耐氧化性能和阻燃性能，增加电解液的浸润性，且含有氟元素的界面膜还有良好的离子导电能力，可保证锂、钠等金属离子在电极表面的快速嵌入和脱出，提高金属离子的传输能力和电解液的低温放电性能；磺酸盐基团能在正负极表面成膜，该界面膜不溶于有机溶剂，允许金属离子自由地嵌入脱出电极而不允许溶剂分子穿过，有效阻止有机电解液和电极的进一步反应对电极的破坏，提高电池的常温循环性能和高低温性能；可结合电解质和电解液添加剂的多重优点，在未来可成为一种重要的多功能电池材料。
3、本专利技术所解决的技术问题之二为提供一种与技术问题之一相对应的含氟烃基的烷基磺酸盐的应用。
4、为解决上述技术问题之一，本专利技术的技术方案如下：一种含氟烃基的烷基磺酸盐，其结构通式为该含氟烃基的烷基磺酸盐的制备工艺如下：将具有氟烃基和不饱和键的化合物ⅱ与磺化化合物进行反应，得到化合物i，即为含氟烃基的烷基磺酸盐，
5、
6、其中，rf为碳数为1-20的含氟烃基；r1为氢、氟、烃基或氟烃基；r2、r3为氢或氟，且r2、r3相互独立；m为锂离子或钠离子；所述的磺化化合物包括亚硫酸氢盐或亚硫酸盐中的至少一种。
7、优选地，所述的磺化化合物选自亚硫酸氢锂、亚硫酸锂、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠中的至少一种。
8、优选地，所述的化合物ⅰ的结构式选自ⅰ-1、ⅰ-2、ⅰ-3、ⅰ-4、ⅰ-5、ⅰ-6、ⅰ-7、ⅰ-8、ⅰ-9、ⅰ-10、ⅰ-11或ⅰ-12中的至少一种：
9、
10、
11、优选地，所述的反应过程中使用相转移催化剂。
12、优选地，所述的相转移催化剂选自聚醚、环状冠醚、季铵盐、叔胺、季铵碱或季膦盐中的至少一种。
13、优选地，所述的相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、链状聚乙二醇、链状聚乙二醇二烷基醚、18冠6、15冠5、吡啶或三丁胺中的至少一种。
14、优选的，所述的反应过程中需要添加引发剂。
15、优选的，所述的引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化甲乙酮、过硫酸钠、过硫酸铵或过氧化氢中的至少一种。
16、优选地，所述的化合物ⅱ与磺化化合物的摩尔比为1:(1-20)。
17、优选地，所述的化合物ⅱ与磺化化合物反应时，反应温度为20-120℃，反应时间为0.5-72小时。
18、优选地，反应过程中使用或不使用反应溶剂均可。
19、优选地，所述的化合物ⅱ与磺化化合物的反应过程中使用反应溶剂时，反应溶剂选自醇类、水、醚类、酯类、腈类、酰胺类或亚砜类溶剂中的至少一种。
20、优选地，所述的反应溶剂选自醇类、水、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醚、乙醚、乙腈、石油醚、1,4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、n，n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。
21、优选地，反应结束后得到的化合物ⅰ的粗品采用重结晶、过滤、离心、萃取或干燥中的至少一种进行提纯，得到纯度≥99％的含氟烃基的烷基磺酸盐。
22、为解决上述技术问题之二，本专利技术的技术方案如下：将制得的含氟烃基的烷基磺酸盐应用于锂离子电池、钠离子电池和固态锂离子电池领域中。
23、优选地，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸锂，该含氟烃基的烷基磺酸锂与锂基电解质或电解液添加剂中的至少一种组合使用，或者作为主盐单独使用，用作锂离子电池的电解液添加剂、正极材料添加剂、负极材料添加剂或隔膜材料添加剂。
24、优选的，所述的锂基电解质选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟双草酸硼酸锂或二氟磷酸锂中的至少一种。
25、优选地，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸钠，该含氟烃基的烷基磺酸钠与钠基电解质或电解液添加剂中的至少一种组合使用，或者作为主盐单独使用，用作钠离子电池的电解液添加剂、正极材料添加剂、负极材料添加剂或隔膜材料添加剂。
26、优选的，所述的钠基电解质选自六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、三氟甲烷磺酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、偏硼酸钠或二氟草酸硼酸钠中的至少一种。
27、优选地，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸锂，应用于固态锂离子电池领域中。
28、本专利技术的有益效果是：
29、1、本专利技术使用了相对廉价的原料；
30、2、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含氟烃基的烷基磺酸盐，其结构通式为其特征在于，所述含氟烃基的烷基磺酸盐的制备工艺为：将具有氟烃基和不饱和键的化合物Ⅱ与磺化化合物进行反应，得到化合物Ⅰ，即为含氟烃基的烷基磺酸盐，
2.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的化合物Ⅰ选自结构式Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8、Ⅰ-9、Ⅰ-10、Ⅰ-11或Ⅰ-12中的至少一种：
3.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的磺化化合物选自亚硫酸氢锂、亚硫酸锂、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠中的至少一种。
4.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的化合物Ⅱ与磺化化合物的摩尔比为1：(1-20)，反应温度为20-120℃，反应时间为0.5-72小时；反应过程中使用相转移催化剂，所述的相转移催化剂选自聚醚类、环状冠醚类、季铵盐、叔胺、季铵碱或季膦盐中的至少一种；反应过程中使用或不使用反应溶剂均可；使用反应溶剂时，反应溶剂选自醇类、水、醚类、酯类、腈类、酰胺类或亚砜类溶剂中的至少一种。
5.如权利要求4所述的含氟
6.如权利要求4所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的反应溶剂选自醇类、水、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醚、乙醚、乙腈、石油醚、1,4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。
7.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，反应结束后得到的化合物Ⅰ的粗品采用重结晶、过滤、离心、萃取或干燥中的至少一种进行提纯，得到纯度≥99％的含氟烃基的烷基磺酸盐。
8.如权利要求1-7中任一项所述的含氟烃基的烷基磺酸盐应用于锂离子电池中，其特征在于，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸锂，该含氟烃基的烷基磺酸锂与锂基电解质或电解液添加剂中的至少一种组合使用，或者作为主盐单独使用，用作锂离子电池的电解液添加剂、正极材料添加剂、负极材料添加剂或隔膜材料添加剂；其中，所述的锂基电解质选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟双草酸硼酸锂或二氟磷酸锂中的至少一种。
9.如权利要求1-7中任一项所述的含氟烃基的烷基磺酸盐应用于钠离子电池中，其特征在于，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸钠，该含氟烃基的烷基磺酸钠与钠基电解质或电解液添加剂中的至少一种组合使用，或者作为主盐单独使用，用作钠离子电池的电解液添加剂、正极材料添加剂、负极材料添加剂或隔膜材料添加剂；其中，所述的钠基电解质选自六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、三氟甲烷磺酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、偏硼酸钠或二氟草酸硼酸钠中的至少一种。
10.如权利要求1-7中任一项所述的含氟烃基的烷基磺酸盐应用于固态锂离子电池中，其特征在于，所述的含氟烃基的烷基磺酸盐为含氟烃基的烷基磺酸锂。
...【技术特征摘要】
1.一种含氟烃基的烷基磺酸盐，其结构通式为其特征在于，所述含氟烃基的烷基磺酸盐的制备工艺为：将具有氟烃基和不饱和键的化合物ⅱ与磺化化合物进行反应，得到化合物ⅰ，即为含氟烃基的烷基磺酸盐，
2.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的化合物ⅰ选自结构式ⅰ-1、ⅰ-2、ⅰ-3、ⅰ-4、ⅰ-5、ⅰ-6、ⅰ-7、ⅰ-8、ⅰ-9、ⅰ-10、ⅰ-11或ⅰ-12中的至少一种：
3.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的磺化化合物选自亚硫酸氢锂、亚硫酸锂、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠中的至少一种。
4.如权利要求1所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的化合物ⅱ与磺化化合物的摩尔比为1：(1-20)，反应温度为20-120℃，反应时间为0.5-72小时；反应过程中使用相转移催化剂，所述的相转移催化剂选自聚醚类、环状冠醚类、季铵盐、叔胺、季铵碱或季膦盐中的至少一种；反应过程中使用或不使用反应溶剂均可；使用反应溶剂时，反应溶剂选自醇类、水、醚类、酯类、腈类、酰胺类或亚砜类溶剂中的至少一种。
5.如权利要求4所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、链状聚乙二醇、链状聚乙二醇二烷基醚、18冠6、15冠5、吡啶或三丁胺中的至少一种。
6.如权利要求4所述的含氟烃基的烷基磺酸盐，其特征在于，所述的反应溶剂选自醇类、水、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醚、乙醚、乙腈、石油醚...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅人俊，蒋玉贵，
申请(专利权)人：苏州祺添新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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