一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物及其制備方法、在鋰電池中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物，如式1所示，以及該化合物的制備方法和其在鋰電池中的應(yīng)用。腈基具有可提高物質(zhì)的介電常數(shù)的特性，該類化合物將腈基引入有機(jī)硅中，提高了有機(jī)硅基材料的抗氧化能力和溶鹽能力，同時(shí)保留了含低聚氧化乙烯(EO)單元的有機(jī)硅溶劑的高安全性及輔助碳酸丙烯酯(PC)成膜的能力。本發(fā)明所述的含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物可作為碳酸乙烯酯基或碳酸丙烯酯基共溶劑應(yīng)用于鋰電池中。本發(fā)明的硅腈類化合物與傳統(tǒng)的鋰電池電解質(zhì)材料相比，具有更高的介電常數(shù)，分子結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)單，合成過(guò)程更為簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)。
【專利說(shuō)明】一類含低聚氧化乙稀單元的娃腈類化合物及其制備方法、在鋰電池中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池的化學(xué)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，主要是涉及一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物、以及該類化合物的制備方法與在鋰電池中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池目前已廣泛應(yīng)用于各類消費(fèi)型電子產(chǎn)品中，作為當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的較為理想的化學(xué)能源，已成為新能源汽車動(dòng)力電池的首選。隨著全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的能量密度、安全性等方面都提出了更高的要求。然而，現(xiàn)今鋰離子電池普遍采用易燃的烷基碳酸酯類有機(jī)溶劑作為電解液，當(dāng)電池(尤其是大容量的動(dòng)力電池和能源存儲(chǔ)電池)被濫用而過(guò)熱時(shí)，可能造成冒煙、起火甚至爆炸等不良后果。因此開(kāi)發(fā)安全有效的新型電解質(zhì)材料顯得尤為必要。
[0003]West等人將低聚氧化乙烯(EO)單元引入硅烷鏈中，開(kāi)發(fā)出了一系列有機(jī)硅電解質(zhì)材料(US8486569B2，W02014039886A1)。這類含聚氧化乙烯官能團(tuán)的有機(jī)硅電解液具有無(wú)毒、難燃、生物相容性好、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度低等優(yōu)點(diǎn)，但在高電壓下的抗氧化能力相對(duì)一般。腈基(-CN)因碳氮三鍵的鍵能較大(~854kJ/mol)，電子被束縛在低能級(jí)的最高占據(jù)分子軌道，而難以向金屬電極的費(fèi)米能級(jí)躍遷，故含腈基的雙腈類、烷氧基丙腈類化合物通常表現(xiàn)出較強(qiáng)的陽(yáng)極氧化穩(wěn)定性(Y.Abu-Lebdeh, 1.Davidson, J.Electrochem.Soc.156(2009)A60-A65)。此外，腈基還可提高物質(zhì)的介電常數(shù)，有利于離子的離解。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明利用腈基具有可提高物質(zhì)的介電常數(shù)、有利于離子的離解的特性，將腈基官能團(tuán)引入有機(jī)硅分子結(jié)構(gòu)中，提供了一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物。該類化合物具有提高該類化合物的耐高電壓性能和溶鹽能力的特性。并將該類化合物應(yīng)用于鋰電池的電解液中，開(kāi)發(fā)出具有抗氧化能力強(qiáng)、介電常數(shù)大、熱安全性高等優(yōu)點(diǎn)的電解液材料。
[0005]本發(fā)明提供了的含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式I所示:
[0006]

【權(quán)利要求】
1.一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式I所示:
其中，η為I~3的整數(shù)。
2.權(quán)利要求1所述的一類含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)在冰浴、攪拌條件下，以甲醇鈉為催化劑，將丙烯腈滴入低聚乙二醇中，滴加完成后常溫反應(yīng)24h ;其中所述的丙烯腈與低聚乙二醇摩爾比為1: 1.2 ; (2)將步驟(1)的反應(yīng)體系升溫至45°C，繼續(xù)反應(yīng)48h，待反應(yīng)完全后，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH至中性，然后對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行減壓蒸餾，得到中間產(chǎn)物低聚乙二醇丙腈醚； (3)將步驟(2)所得的低聚乙二醇丙腈醚和與之等摩爾量的三乙胺混溶于四氫呋喃溶劑中，然后緩慢滴加與低聚乙二醇丙腈醚等摩爾量的三甲基氯硅烷，回流反應(yīng)24h，反應(yīng)完成后過(guò)濾除去固體，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，最后減壓蒸餾目標(biāo)產(chǎn)物為所述的含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物。
3.權(quán)利要求1所述的含低聚氧化乙烯的硅腈類化合物作為電解質(zhì)材料在電化學(xué)儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的含低聚氧化乙烯單元的硅腈類化合物作為電解液添加劑或電解液共溶劑應(yīng)用于鋰電池中。
【文檔編號(hào)】C07F7/18GK104072533SQ201410256272
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】張靈志, 謝波, 麥永津, 汪靖?jìng)? 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所