本發明專利技術提供了一類鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其制備方法及在鋰電池中的應用。其化學結構如式1所示，式1化合物含鹵硅烷基團和有機碳酸酯基團，分子結構中含有機碳酸酯部分有助于鋰離子的離解和傳導，有機硅功能團能改進電極的表面性能和提高材料的界面性能。本發明專利技術所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料可用作功能添加劑或共溶劑應用于鋰離子電池，電解液包括鋰鹽，高介電常數溶劑或低沸點的有機溶劑，和化學結構如式1所示的化合物。該類材料也可以應用于其它電化學儲能器件。式1。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及化學材料合成和電化學儲能
，尤其是涉及一類含鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其制備方法及在鋰離子電池電解液功能添加劑(或共溶劑)中的應用。
技術介紹
鋰離子電池具有開路電壓高、比容量大、循環壽命長、安全性能好、自放電小、應用范圍寬、無記憶效應、無污染等優點，作為新型綠色電池，目前已廣泛地應用于消費電子產品中，并正積極地向國防工業、空間技術、電動汽車和靜置式備用電源等領域發展。·電解液是鋰離子電池的重要組成部分，是在電池正、負極之間起傳導作用的離子導體，是連接正、負極材料之間的橋梁，它本身的性能及其與正負極形成的界面狀況很大程度上影響電池的性能。選擇合適的電解液是獲得高能量密度和功率密度、長循環壽命和安全性良好的鋰離子電池的關鍵因素之一。目前商業電解液主要是由多種有機碳酸酯溶劑混合組成，但是這類電解液易燃、易揮發，導致了鋰離子電池的安全事故頻頻發生；此外，有機碳酸酯類電解液還存在高低溫性能、安全性、大容量和高倍率放電不足等缺點。當在鋰離子電池有機電解液中添加少量的功能添加劑時，電池的電化學性能如電導率、循環效率和可逆容量等能夠得到明顯的改善。它們具有“用量小、見效快”的特點，操作簡單，可直接加入到有機電解液中。在基本不增加電池成本的基礎上，就能顯著改善電池的性能。因此，設計開發高安全性和高性能的新型電解液添加劑是鋰離子電池材料的研究熱點。有機硅電解質材料具有優良的熱穩定性和低溫離子傳導性能、高電導率、無毒性、低可燃性和高分解電壓等優點，與碳基類似物相比具有更高的電化學穩定性(4. 5V以上)，應用小分子有機硅電解液的鋰電池也表現出優良的充放電循環性能，高能量密度和較高的功率密度。取代基對有機硅電解質材料的影響也有相關的計算報道，吸電子基團取代可以提高有機硅化合物的電化學窗口(J. Phys. Chem. C. 2011, 115，12216)。而實驗報道的鹵硅烷化合物用于鋰離子電池中卻很少，在先專利有報道通過有機硅化合物與含氟堿金屬鹽的反應生成的氟硅烷對電池阻抗性能的影響(CN102113164)，也有提及有機氟硅烷存在應用于鋰電池添加劑的潛在可能性(US2009/0197167A1 )。雖然鹵硅烷化合物用于鋰電池的電解質材料或添加劑的研究不多，但開發新型鹵硅烷化合物應用于鋰離子電池有著重要的研究和實際意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一類應用范圍廣的含鹵硅烷基團和有機碳酸酯基團的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，并提供了其制備方法以及用作功能添加劑或共溶劑在鋰離子電池中的應用。本專利技術鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其化學結構如式I示權利要求1.一種鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其化學結構如式I所示2.如權利要求I所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(I)雙鍵取代的碳酸酯化合物與鹵代硅氫烷或烷氧基硅氫烷通過硅氫化反應，制備相應的鹵硅烷或烷氧基硅烷取代的碳酸酯；(2)步驟(I)產物與氟化試劑反應生成相應的氟硅烷取代的碳酸酯。3.根據權利要求2所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料的制備方法，其特征在于所述雙鍵取代的碳酸酯為4--1，3- 二氧戊環-2-酮或4-乙烯基-1，3- 二氧戊環-2-酮；鹵代硅氫烷為氯代硅氫烷；烷氧基硅氫烷為甲氧基取代硅氫烷或乙氧基取代硅氫烷；并且上述雙鍵取代碳酸酯與硅氫烷的摩爾比為I :1. (Tl. 5。4.根據權利要求2所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料的制備方法，其特征在于所述硅氫化反應催化劑選自氯鉬酸，二氧化鉬，或Karstedt' s催化劑，并且其加入的量為雙鍵取代的碳酸酯化合物的0. rimol% ;所述氟化試劑包括三氟化硼 乙醚、三氟化銻、氟化鉀、或氟化鋰，所述氟化試劑與鹵硅烷或烷氧基硅烷取代的碳酸酯的摩爾比為3 I :1。5.根據權利要求2或4之任一所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料的制備方法，其特征在于反應在惰性氣體保護環境下進行的；硅氫化反應的溫度為3(T80度，反應時間是2 24小時；氟化反應的溫度為30 80度，反應時間是2 24小時。6.權利要求I所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料在鋰離子電池中的應用。7.如權利要求7所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料在鋰離子電池中的應用，其特征在于式I所述含鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料作為電解質添加劑或共溶劑應用于鋰離子電池的電解液中。全文摘要本專利技術提供了一類鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其制備方法及在鋰電池中的應用。其化學結構如式1所示，式1化合物含鹵硅烷基團和有機碳酸酯基團，分子結構中含有機碳酸酯部分有助于鋰離子的離解和傳導，有機硅功能團能改進電極的表面性能和提高材料的界面性能。本專利技術所述的鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料可用作功能添加劑或共溶劑應用于鋰離子電池，電解液包括鋰鹽，高介電常數溶劑或低沸點的有機溶劑，和化學結構如式1所示的化合物。該類材料也可以應用于其它電化學儲能器件。式1。文檔編號C07F7/12GK102964372SQ20121035835公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日專利技術者張靈志, 汪靖倫, 駱浩 申請人:中國科學院廣州能源研究所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鹵硅烷功能化碳酸酯電解質材料，其化學結構如式1所示：式1R1選自如下基團：[？(CH2)m？,m=1~3]或[？(CH2)mO(CH2)n？,m,n=1~3]；R2,R3,R4選自如下基團：[？(CH2)mCH3,m=0~3]，芳基或取代芳基，或鹵素取代基，且R2,R3,R4至少有一個鹵素取代基團。FDA00002181325100011.jpg
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張靈志，汪靖倫，駱浩，
申請(專利權)人：中國科學院廣州能源研究所，
類型：發明
國別省市：
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