[發(fā)明專利]一種鋰電池電解液用聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑及制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010094598.0 | 申請日： | 2020-02-16 |
| 公開（公告）號： | CN111193068B | 公開（公告）日： | 2021-02-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 蔡杰 | 申請（專利權(quán)）人： | 徐州寶盈新能源科技有限公司 |
| 主分類號： | H01M10/0567 | 分類號： | H01M10/0567;H01M10/058;H01M10/052;H01M10/42;A62C3/16 |
| 代理公司： | 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489 | 代理人： | 李延峰 |
| 地址： | 221000 江蘇省徐州市泉山區(qū)泉山*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鋰電池 電解液 用聚磷腈 復(fù)合 阻燃 添加劑 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及鋰電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種鋰電池電解液用聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑及制備方法。該方法先以六氯環(huán)三磷腈開環(huán)聚合制得鏈狀聚二氯磷腈；然后采用四甲氧基硅烷進(jìn)行取代反應(yīng)，制得聚二（三甲氧基硅氧基）磷腈；再水解得到聚二（三羥基硅氧基）磷腈；最后，通過氯化鎂與氫氧化鈉的反應(yīng)，生成納米級氫氧化鎂并沉淀于聚二（三羥基硅氧基）磷腈的表面，并進(jìn)行脫水縮合，制得聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明制備的阻燃添加劑不僅可使鋰電池具有良好的阻燃性能，而且可提高電解液的電導(dǎo)率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種鋰電池電解液用聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑及制備方法。
背景技術(shù)
鋰離子電池具有高比能量、高電壓、無記憶效應(yīng)、環(huán)保性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是一種可靠的能源，廣泛用作便攜式電子產(chǎn)品的電源。然而，鋰電池在濫用狀態(tài)下，如熱沖擊、過充、短路等情況下引起熱失控，可導(dǎo)致火災(zāi)爆炸等事故，特別是在電動車等大容量電源應(yīng)用方面，安全性問題尤為重要。
鋰電池的電解液主要由有機(jī)溶劑、鋰鹽、添加劑組成，常用的有機(jī)溶劑是烷基碳酸酯類化合物，它們具有很低的閃點(diǎn)，極易燃燒。盡管電池配有保護(hù)電路、安全閥、正溫度系數(shù)熱敏電阻等，也并不能完全避免有機(jī)溶劑的泄露及事故的發(fā)生。添加阻燃添加劑可以使有機(jī)電解液變成難燃或是不可燃，提高電解液自身的熱穩(wěn)定性，是一種更為可靠且實(shí)用的辦法。
聚磷腈是一種有機(jī)磷系阻燃劑，阻燃機(jī)理有以下幾個(gè)：一是熱分解時(shí)吸熱，即冷卻機(jī)理；二是受熱分解生成磷酸、偏磷酸和聚磷酸，在可燃物表面形成不揮發(fā)性保護(hù)膜，隔絕空氣，即隔離膜機(jī)理；三是受熱放出CO2、NH3、N2O、H2O惰性氣體，即稀釋機(jī)理；四是燃燒時(shí)形成PO·自由基，可與火焰區(qū)域中的H·、HO·自由基結(jié)合，起到抑制火焰的作用，即終止鏈反應(yīng)機(jī)理。因此，聚磷腈具有良好的阻燃效果。
聚磷腈與其他有機(jī)磷系阻燃劑一樣，雖然具有良好的阻燃效果，但是由于粘度高，與溶劑充分接觸后使電解液的粘度增大，在一定程度上降低電解液的電導(dǎo)率，使電池性能惡化，限制了在電解液中的應(yīng)用。因此，對聚磷腈進(jìn)行改性，獲得阻燃性能優(yōu)異，且不影響電解液電導(dǎo)率的新型阻燃劑，成為研究的一個(gè)方向。
發(fā)明內(nèi)容
可見，聚磷腈直接用作鋰電池電解液的阻燃添加劑時(shí)，存在導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率降低的缺陷。針對這種情況，本發(fā)明提出一種鋰電池電解液用聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑及制備方法，先以六氯環(huán)三磷腈開環(huán)聚合制備鏈狀聚二氯磷腈，再進(jìn)行改性，所得阻燃添加劑不僅可使鋰電池具有良好的阻燃性能，而且可提高電解液的電導(dǎo)率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的具體技術(shù)方案如下：
一種鋰電池電解液用聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑的制備方法，所述阻燃添加劑的制備方法包括以下步驟：
（1）將六氯環(huán)三磷腈加入1,2,4-三氯苯中，攪拌至完全溶解，再加入磺酸類催化劑，加熱至120~140℃反應(yīng)6~8h，抽濾得到固體，先采用無水乙醇洗滌至少3次，再采用去離子水洗滌至少3次，在70~90℃下真空干燥18~24h，制得鏈狀聚二氯磷腈；
（2）將聚二氯磷腈加入無水乙醇中，超聲分散20~40min，然后加入四甲氧基硅烷，室溫下攪拌反應(yīng)30~50min，抽濾，制得聚二（三甲氧基硅氧基）磷腈；
（3）將聚二（三甲氧基硅氧基）磷腈加入氯化鎂溶液中，水解得到聚二（三羥基硅氧基）磷腈，然后緩慢滴加氫氧化鈉溶液，生成納米級氫氧化鎂并沉淀于聚二（三羥基硅氧基）磷腈的表面，氫氧化鎂與聚二（三羥基硅氧基）磷腈的羥基發(fā)生脫水縮合而穩(wěn)定結(jié)合，再抽濾，去離子水洗滌至少3次，在70~90℃下真空干燥18~24h，制得聚磷腈復(fù)合阻燃添加劑。
優(yōu)選的，步驟（1）所述磺酸類催化劑為氨基磺酸、三氟甲磺酸中的一種。
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