[發明專利]一種含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法

在審

• 申請號: 202010128639.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111416150A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王鵬
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕

本發明公開了一種含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法，以三光氣和丙三醇為原料，通過加入適量的催化劑和縛酸劑來制備活性中間產物；再與含氟磺酰鹵類化合物通過親核取代反應得到最終產物含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑。本發明實驗條件溫和，易于操作，產物純度高。在此基礎上還提出了含有該含氟磺酸酯類添加劑的鋰電池電解液，與不含添加劑的電解液相比，含氟磺酸酯類添加劑的電解液能夠明顯改善鋰離子電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池制造領域，具體是一種含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法。

背景技術

自20世紀90年代商業化以來，鋰離子電池已經成為迄今為止綜合性能最好的二次電池體系，廣泛應用于消費類電子產品、手持電動工具、不間斷電源及靜態儲能和交通運輸工具等領域。然而，基于現有技術的鋰離子電池在循環壽命、高低溫循環性能以及安全性等方面尚難以完全滿足高性能電動汽車和大型儲能系統的應用要求。因此，研究長壽命、低成本、安全可靠以及對環境友好的新型電池及其材料理論和技術，已經成為新型鋰離子電池研究中最核心的任務及目標。

作為改善鋰離子電池性能最經濟有效的手段之一，鋰離子電池添加劑已成為電解液實現多種功能化的關鍵。一般而言，少量添加劑(5％)可以顯著提高電池的各項性能(如倍率、循環、高低溫或安全)。添加劑可以大致分為以下幾類：防過充添加劑、阻燃添加劑和成膜添加劑幾類。其中關于成膜添加劑的研究最為廣泛，具有代表性是碳酸亞乙烯酯(VC)，硫酸乙烯酯(DTD)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)等，VC能夠優先于溶劑和鋰鹽在石墨負極形成鈍化膜，實現改善SEI膜的化學或電化學穩定性的效果(Burns,J.C.,J.Electrochem.Soc.2011,159,A85)，主要是因為VC中的不飽和鍵能夠發生聚合反應，并且碳酸酯基團能夠在石墨表面形成烷基碳酸鋰；而DTD能夠在石墨負極表面生成鋰離子電導率高的亞硫酸鋰(LiSO₃)、烷氧基磺酰鋰(ROSO₂Li)和硫化鋰(Li₂S)，能夠顯著降低電池阻抗(Sano,A.,J.Power Source,2009,192,714)；氟代碳酸酯FEC在石墨負極形成的SEI膜更致密更薄，能夠顯著改善電池循環性能，這主要歸因于其能夠在石墨上生成聚合物和LiF(Nakai,H.,J.Electrochem.Soc.2011,158,A798)，LiF不僅能夠提高SEI膜的機械強度，而且能夠降低鋰離子穿過SEI膜的活化能。但是上述添加劑很少單獨出現在電解液配方中，一般商業化的電解液中都存在兩種或兩種以上添加劑，這樣一來不僅使得電解液成本上升，而且使得電池內反應更為復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法，能夠在提升鋰離子電池循環性能的同時簡化電解液組分，降低成本。

本發明的技術方案為：

一種含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法，所述的含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑用于制備鋰電池電解液，所述的含氟磺酸酯類鋰離子電池添加劑的制備方法具體包括有以下步驟：

(1)、首先，在氮氣保護條件下向反應容器中投入三光氣和有機溶劑，攪拌一段時間使三光氣完全溶解，再向反應容器中加入丙三醇、縛酸劑和催化劑，攪拌下回流反應8–24小時，經過過濾和萃取得到活性中間產物Ⅰ，化學反應式見下式(1)；其中，所述的三光氣與丙三醇的摩爾比為1:6–10，所述的三光氣與縛酸劑的摩爾比為1:6–8，所述的三光氣與催化劑的摩爾比為1:0.01–0.1；