[發明專利]含氰基高介電常數有機硅電解質材料

有效

• 申請號: 201010182978.6
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101859913A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 張靈志;雍天喬
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;C07F7/18
• 代理公司: 廣州科粵專利代理有限責任公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域：

本發明涉及化學技術領域，尤其涉及一類含氰基高介電常數有機硅電解質材料。

技術背景

目前，鋰離子電池產業中所使用的電解質材料主要是有機碳酸酯類化合物和LiPF₆鋰鹽體系，體系的工作模式在技術上仍然存在安全性隱患，其主要原因是碳酸酯類有機電解質材料具有很高的可燃性，因此安全性存在巨大的隱患，尤其是在要求高安全性、大容量和高倍率放電的混合動力和全電汽車應用領域，安全性問題是制約這些材料應用的重要因素。因此，國內外都在積極地研究開發安全、有效和環境友好的新一代有機電解質材料。

聚氧化乙烯(PEO)是最早開發的并被應用于鋰粒離子電池的聚合物電解質材料，然而PEO的離子電導率較低，限制了其應用。為解決PEO的低電導率問題，West等人在專利中公開了一類含碳酸酯基有機硅液態和聚合物電解質材料(US2006035154-A1，US2004248014-A1)，高介電常數基團碳酸酯基提高材料的高介電常數，有利于離子的離解，從而提高材料的離子電導率。Egashira(J.Power?Sources，18(2004)240-244)報道了含氰基的飽和脂肪族季銨鹽離子液體，發現氰基有利于離子的離解。國際專利WO200519185公開了一種含氰基的五元或六元芳香雜環離子液體，中國專利CN101085762A公開了一種含氰基的基于嗎啉陽離子的離子液體化合物。有機硅電解質材料和離子液體材料都具有高安全性，但是這些材料合成方法較復雜，成本較高。

發明內容：

本發明的目的是提供一種安全、有效、應用范圍廣的含氰基高介電常數有機硅電解質材料。

本發明涉及的含氰基高介電常數有機硅電解質材料的化學結構式如下式I：

其中R₁，R₂，R₃選自相同或不同的C1-C10烷基或烷氧基，其中至少有一個基團為如(CH₂)_nO(CH₂CH₂O)_mCH₃結構的烷氧基團，n，m為0-10的整數；R₄為C1-C20烷基。

本發明的原理是，在有機硅基含EO單元的材料結構中引入強極性氰基，在提高材料的高介電常數，同時保留有機硅材料的安全性。

本發明含氰基高介電常數有機硅電解質材料可作為電解質材料或添加劑應用鋰離子電池，此外還可以作為電解質材料應用于其它電化學儲能器件(如電解電容和超級電容)及其它光電器件(如有機太陽能電池等)。

附圖說明

圖1是本發明實施例1-3含氰基高介電常數有機硅電解質材料的玻璃化轉變溫度曲線。

圖2是本發明實施例1-3含氰基高介電常數有機硅電解質材料的離子電導率隨溫度變化曲線(1MLiTFSI)。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步說明。

實施例的合成反應式如下：

如上述反應式所示，以下實施例的第一步是合成3-丙基腈-二甲基氯硅烷，過程如下：

在0℃下，二甲基氯硅烷(6.7g，71mmol)慢慢滴入丙烯腈(4.8g，71.6mmol)和5mol％鉑催化劑中，50℃加熱16h，直接通過減壓蒸餾得到無色液體產物，b.p.42℃/0.2Torr。

¹H-NMR(600MHz，CDCl₃)：δ＝0.536(s，6H，SiCH₃)，1.074(m，2H，SiCH₂)，1.892(m，2H，SiCH₂CH₂)，2.51(t，2H，J＝7.2，CH₂CN)；

¹³C?NMR(600MHz，CDCl3)：-0.001，16.688，18.195，18.635，117.889.

實施例1：3-丙基腈-甲氧基乙氧基-二甲基硅烷(EO1SiC3CN)的合成

3-丙基腈-二甲基氯硅烷(10g，61.8mmol)慢慢滴入乙二醇單甲醚(4.8g，63.1mmol)和等當量三乙胺的四氫呋喃中，加熱回流18h，過濾后旋轉蒸發除去溶劑，通過減壓蒸餾得到無色液體產物，b.p.55℃/0.2Torr。