[發明專利]含氟碳酸酯溶劑及其制備方法和鋰離子電池電解液

有效

• 申請號: 201110259071.X
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102417500A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 仲曉玲;周濟蒼
• 申請（專利權）人: 湖南有色郴州氟化學有限公司
• 主分類號: C07D319/06
• 分類號: C07D319/06;H01M10/0569
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地說，涉及一種含氟碳酸酯溶劑及其制備方法和鋰離子電池電解液。

背景技術

近年來，隨著資源的日益枯竭和全球氣候變暖等問題的突顯，綠色低碳的生活方式受到了倡導。其中，發展電動車及混合電動車來部分代替消耗化石燃料的內燃機汽車是解決能源危機及環境惡化的主要方法之一。驅動電源是影響電動車推廣使用的關鍵部件，如今廣泛使用的驅動電源包括鉛酸電池，鎳氫/鎳鎘、鋰二次電池等。在各種驅動電源中，鋰離子電池由于具有能量密度高，循環性好，自放電率低、使用壽命長和環境負擔小等優點，得到了廣泛的研究。

安全性是制約大容量和高功率鋰離子電池發展的關鍵問題。目前鋰離子二次電池、超級電池及電容器的電解液中廣泛采用有機碳酸酯如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯等(DMC)等作為溶劑。上述溶劑的電解液具有卓越的電化學性能，但存在閃點較低和易燃等缺點，使得電池在過沖及過熱條件下極易著火燃燒甚至發生爆炸；另外，該類電解液在低溫下粘度較大，電導率較降低，導致電池輸出功率較低。

近年來，發展阻燃性電解液成為解決鋰離子二次電池安全性的主要措施之一。申請號為200710028419.8的中國專利文獻報道了烷基磷酸酯在鋰電池電解液中的應用。但是，由于烷基磷酸酯的電化學兼容性較差，因此其在作為溶劑或添加劑使用時對電池的性能造成較大的負面影響。申請號為201010109084.4和200810146523.1的中國專利文獻分別報道了以不飽和磺酸內酯及氟碳表面活性劑作為阻燃劑的鋰離子電池用電解液，氟碳化合物具體包括非離子型氟碳表面活性劑全氟烷基聚氧乙烯醚和一些含氟醚類化合物，其中非離子型氟碳表面活性劑結構式為RfCH₂CH₂O(CH₂CH₂O)mRc，結構式中Rf為氟碳鏈烴，Rc可以使堿金屬元素，也可以是甲基、乙基、苯基、等烷烴基或芳香基，還可以是類似的氟碳鏈烴結構。

申請號為CN200680004963.2和CN200780046784.X的中國專利文獻報道了包括氟碳醚、氟碳酯以及氟碳碳酸酯在內的氟碳溶劑在鋰電池電解液中的應用，發現含氟醚等添加劑在抑制電解液易燃性方面有優良的特性，但是含氟添加劑類化合物的缺點包括對作為電解質的鋰鹽的溶解性差，同時與溶解電解質鹽的碳酸酯類溶劑如PC、EC等的兼容性不好。

申請號為US20090086408的美國專利文獻報道了環狀含氟碳酸酯容劑在電解液的應用。從公開的實施例來看，該環狀結構的含氟碳酸酯含有一個氟碳側基(環外)而環上基本不含氟，其主要特點是具有卓越的低溫性能，在-20℃時粘度小于10mPa.sec(而普通碳酸酯溶劑在此溫度下為固體)。該含氟碳酸酯溶劑解決了碳酸酯類溶劑的相容性問題，并且還具有比烷烴化合物更好的穩定性和物理化學性能，使電池容量和速率特性獲得改善；最重要的是其閃點較高，有利于提高鋰離子電池的安全性。但是，現有技術中報道的含氟碳酸酯溶劑為五元環結構，結構穩定性有待進一步提高，且該含氟碳酸酯溶劑的合成以LiBr為催化劑，產品收率較低，不利于工業化生產。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供另一種環狀含氟碳酸酯溶劑及其制備方法，該方法的產品收率高，制備得到的環狀含氟碳酸酯溶劑結構穩定；且本發明要解決的技術問題還涉及一種包括含氟碳酸酯的鋰離子電池電解液。

為了解決以上技術問題，本發明提供一種含氟碳酸酯溶劑，結構如式I或式II所示，

式I?????????????????????????????????式II

其中，Rh為H或碳氫鏈基團，Rf為氟碳基團。

優選的，Rf為H(CF₂CF₂)_n1CH₂-、F(CF₂CF₂)_n2CH₂CH₂-或CF₃CF₂CF₂O(CF(CF₃)CF₂O)_n3CF(CF₃)CH₂-；

n1和n2分別為正整數，n3為非負整數。

相應的，本發明還提供一種式I結構化合物的制備方法，包括以下步驟：