[發明專利]一種有機硅阻燃添加劑及阻燃型鋰離子電池電解液

有效

• 申請號: 201911103653.1
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110724160B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王有治;王夏君;李海兵;黃強;羅才坤
• 申請（專利權）人: 成都硅寶科技股份有限公司
• 主分類號: C07F9/24
• 分類號: C07F9/24;H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 龔海月

本發明公開了一種有機硅阻燃添加劑及阻燃型鋰離子電池電解液，將有機硅與磷酸酯、氮原子等阻燃單元結合在一起，得到有機硅阻燃添加劑；然后將上述阻燃添加劑添加至鋰離子電池電解液得到阻燃甚至完全不燃的阻燃型鋰離子電池電解液。本發明制備得到的有機硅阻燃添加劑與鋰離子電池電解液相容性非常好，并且只需要加入少量該添加劑到電解液中，在不影響電性能的條件下，電解液就能具有優良的阻燃特性，且能夠提高電池的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及有機硅阻燃添加劑及阻燃型鋰離子電池電解液。

背景技術

由于具有高能量密度、高工作電壓、長循環壽命等優點，鋰離子電池成為近幾十年來獲得巨大發展的新型能源之一，大量占據了便攜式電子產品電源市場，并逐步向大型動力電源應用領域發展。但是，近年來鋰離子電池安全事故頻發，安全問題嚴重影響了鋰離子電池的大規模商業化發展，究其主要原因，是因為鋰離子電池電解液中通常都含有易揮發、低閃點的有機溶劑，這些有機溶劑在電池過充、短路、受熱、受猛擊等濫用條件下很容易發生燃燒甚至爆炸。

在鋰離子電池電解液中加入阻燃添加劑，是目前被認為解決安全問題最有效最經濟的方法，阻燃添加劑的加入可以使易燃的有機電解液變得難燃或不燃，從而避免了電池在過熱條件下燃燒或爆炸。鋰離子電池電解液中應用最廣泛的阻燃添加劑為磷系阻燃劑，通常為磷酸酯或亞磷酸酯類物質，比如磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、亞磷酸三甲酯等都是常用的阻燃添加劑。這些磷酸酯及亞磷酸酯類添加劑，雖然能起到一定的阻燃作用，但其阻燃效率較低，要達到阻燃甚至不燃的效果，加入必須達到一定量，當阻燃添加劑的加入量過大時，會大大增加電解液的黏度，降低電解液的導電性能，此外還會破壞石墨負極的SEI膜，使石墨負極的不可逆容量增加，循環壽命顯著下降，影響電池的電性能，這些缺點都限制了磷系阻燃劑的應用。

有機硅化合物作為阻燃添加劑，具有熱穩定性好、阻燃效率高、黏度低等優點，當其與磷、鹵等阻燃元素結合在一起，用作鋰離子電池添加劑時，能夠大大提高電解液的阻燃性能。公開號為CN106935909A和CN107915759A的專利都報道了將磷腈化合物與硅原子結合在一起的阻燃劑，不僅阻燃效果優異，而且能夠提高電池的循環穩定性。但是，這些硅基磷腈類化合物大部分存在與電解液相容性不好的問題，且往往只含有一個硅原子，沒有充分利用硅元素的阻燃特性，因此研發更有效的有機硅阻燃添加劑很有必要。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種有機硅阻燃添加劑，將有機硅與磷酸酯、氮原子等阻燃單元結合在一起，得到目標阻燃劑。

本發明的另一目的是提供一種含有上述有機硅阻燃添加劑的阻燃甚至完全不燃的阻燃型鋰離子電池電解液。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種有機硅阻燃添加劑，所述的有機硅阻燃添加劑具有如下結構：

其中，R1-R8可為鹵素、烷基、烷氧基、烯烴基、苯基、聯苯基、苯醚基、鹵代烷基、鹵代烷氧基、鹵代烯烴基、鹵代苯基、鹵代聯苯基等，其中鹵素為F、C1或Br，鹵代包括部分取代和全取代。

進一步方案為，所述的有機硅阻燃添加劑結構還可以為：

其中，R7-R8可為鹵素、烷基、烷氧基、烯烴基、苯基、聯苯基、苯醚基、鹵代烷基、鹵代烷氧基、鹵代烯烴基、鹵代苯基、鹵代聯苯基等，其中鹵素為F、Cl或Br，鹵代包括部分取代和全取代。

本申請另一方面還提供了上述有機硅阻燃添加劑的制備方法，具體步驟如下：

將雙硅烷基胺與氯磷酸酯以摩爾比為1∶1的量，在縛酸劑及有機溶劑的作用下，于室溫下反應5-20h，反應結束后進行提純，最終得到所需的有機硅阻燃添加劑。