[發明專利]一種含磷酸酯鹽成分的導電介質

在審

• 申請號: 202111048419.0
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN115775912A
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名;黃鑫
• 申請（專利權）人: 李方偉
• 主分類號: H01M10/0563
• 分類號: H01M10/0563;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/052;H01M10/054
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發明涉及一種含磷酸酯鹽成分的導電介質，這類電解質是有機官能團、離子溶質官、吸電官能團的統一體，利用溶質與溶劑之間的衍生關系、空間結構相似關系，集阻燃、穩定、高離子濃度、高電導率、環保低毒于一體，原料價格低、工藝簡單，生產鈉、鋰電池，成本只有六氟磷酸鹽成分導電介質的一半。本發明是利用磷氧化合物上磷的三個鍵，一個做成?OM⁺，可提供M⁺堿離子；余下的2個鍵做成鹵素基，或做成酯基，或一個鍵做成溶劑官能團酯基，一個鍵做成鹵素，增加離子電離度。酯基用醇或醇鈉、醇鉀為原料，當采用多元醇或多元醇鈉、多元醇鉀為原料時，可生產瓊脂態多磷酸酯鹽。而磷氧化合物上的磷鍵，不接離子功能團，即為阻燃溶劑。

技術領域

本發明涉及一種新材料領域，具體是涉及一種含磷酸酯鹽類成分的，非水溶液導電介質，用于鈉、鋰電池生產。

背景技術

當前能查到的磷酸酯鹽化合物，為磷酸十二烷基酯單鈉鹽、雙鈉鹽、單鉀鹽、雙鉀鹽，用作表面活性劑、植物生長激素、化妝品保濕劑，而含有磷酸酯鋰鹽類成分的導電介質，還沒有開發出來。

當前鋰電池的電解液是由溶質和溶劑組成，使用的溶質為：LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6，這些化合都有毒、有害。使用的溶劑為：碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、丁內酯等，這些化合物沸點低、容易燃燒。電解質的鋰鹽換為鈉鹽溶解于有機溶劑中，即組成當前的鈉電池有機電解液。

由這些無水、無羥基的溶質和溶劑組成的非水溶液導電介質，確保負極碳鈉、碳鋰化合物的安全存在環境。當前電解液選用溶質和溶劑的最大缺點是：溶質和溶劑在空間結構上、在衍生上沒有關聯，導致以下問題產生。

(1)電解液穩定性差，充放電循環次數多了，電解質就會分解沉淀，導致電池容量和壽命下降。

(2)電解質在溶劑中的飽和濃度低，電導率低，電池內電阻大，導致充電時間長。

(3)電解液在氣溫低時，電解質接近飽和濃度，電解液的粘度和電阻同時增加，冬天電池，沒有加熱不能正常工作。

(4)電解液生產成本高，導致電動車的性價比低于燃油車。

(5)溶劑極易燃燒，鈉、鋰電池均存在使用安全問題。

(6)溶質毒性大，鈉、鋰電池回收加工技術難度大、成本高、環境壓力大。

發明內容

本發明涉及一種含磷酸酯鹽成分導電介質，這類電解質是有機官能團、離子溶質官、吸電官能團的統一體。這類導電介質，利用溶質與溶劑之間的衍生關系、空間結構相似關系，集阻燃、穩定、高離子濃度、高電導率、環保低毒于一體，而原料價格低、生產工藝簡單，用于鈉、鋰電池生產，成本只有六氟磷酸鹽成分導電介質的一半。

本發明具體特征是利用磷氧化合物上磷的三個鍵，一個做成-OM⁺，可提供M⁺堿離子；余下的2個鍵做成鹵素，如二氯磷酸鹽，或做成酯，如磷酸二乙酯鹽。也可以一個鍵做成酯，即溶劑官能團，一個鍵可以做成鹵素，增加離子電離度。酯基用醇或醇鈉、醇鉀為原料，酯基采用多元醇或多元醇鈉、多元醇鉀為原料時，可生產瓊脂態的多磷酸酯鹽。將離子功能團、溶劑功能團、吸電官能團集成在磷原子上，生產出滿足市場需求的導電介質。而磷氧化合物上的磷鍵，不接離子功能團，即為溶劑。

本發明所說的磷酸酯鹽是鈉鹽和鋰鹽，包括含氟、氯的磷酸酯鹽(如：乙氧基乙基磷酸酯氯鋰鹽，結構式PO(OC2H4OC2H5)(OLi)Cl)，和不含鹵素的磷酸酯鹽(如：二乙氧基乙基磷酸酯鋰鹽-PO(OC2H4OC2H5)2(OLi))；

本發明所說的磷酸酯鹽中，構成酯基的原料包括：烴醇、酯肪醇、鹵素烴醇、二元醇單醚、二元醇單酯、環氧丙醇等單元醇類及其醇鈉、醇鉀化合物，包括苯酚等能與磷酸形成酯的化合物；構成酯基的原料還包括：乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、二苯酚、甘油等多元醇及其醇鈉、醇鉀化合物，可生產瓊脂態多磷酸鹽，二磷酸酯鹽如PO(OR)(OLi)-O-R’-O-PO(OR)(OLi)。