[发明专利]磷腈类阻燃剂及其制备方法和锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电解液用磷腈类阻燃剂及其制备方法和使用该阻燃剂的锂离子电池电解液。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等特点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等高能便携式电子设备中，同时在新能源汽车、航空航天、国防装备等领域有着广阔的应用前景。然而，安全性是制约大容量和高功率锂离子电池发展的关键问题，例如，锂离子电池电解液广泛以有机碳酸酯，如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯等(DMC)等作为溶剂，该电解液在具有卓越的电化学性能的同时存在闪点较低和易燃等缺点，使得锂离子电池在过充及过热等极端条件下极易着火燃烧甚至发生爆炸。

针对锂离子电池存在的安全问题，研究人员采用各种方法对其进行改善，如对正负极材料进行改性、使用电池安全保护装置及在电解液中加入添加剂等。近年来，发展阻燃性电解液成为解决锂离子电池安全性的主要措施之一，在电解液中使用阻燃剂或采用氟碳溶剂是发展阻燃性电解液的两种主要途径。其中，广泛采用的阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、卤代磷酸酯、卤代羧酸酯及卤代醚类化合物等。申请号为200710028419.8的中国专利文献报道了烷基磷酸酯在锂离子电池电解液中的应用，由于烷基磷酸酯的电化学兼容性较差，因此，其作为添加剂使用时对电池的性能造成较大的负面影响。中国专利文献CN101694885A公开了含有一种乙撑双邻苯二甲酰亚胺衍生物阻燃剂的电解液，该电解液阻燃性能较好，但电池的循环性能不佳。申请号为201010109084.4和200810146523.1的中国专利文献分别报道了以不饱和磺酸内酯及氟碳表面活性剂作为阻燃剂的锂离子电池用电解液。中国专利文献CN101938008A报道了一种1-炔基膦酸脂阻燃剂的制备及含有该阻燃剂的电解液，该电解液具有良好的阻燃性能，但电池容量损失严重。

近年来，研究人员发现磷腈化合物具有较好的阻燃效果，可以用于锂离子电池的阻燃剂，但是，磷腈化合物的黏度较大，系统相容性较差，从而作为阻燃剂使用时，使电解液电导率较低，影响锂离子电池的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种磷腈类阻燃剂及其制备方法和锂离子电池电解液，该磷腈类阻燃剂黏度适中，具有良好的系统相容性，含该磷腈类阻燃剂的锂离子电池电解液导电性良好。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种磷腈类阻燃剂，通式如式I所示，

式I，

其中，Rf₁、Rf₂、Rf₃、Rf₄、Rf₅和Rf₆中至少一个为氟碳基团。

优选的，Rf₁、Rf₂、Rf₃、Rf₄、Rf₅和Rf₆各自独立为氟碳基团或碳氢链基团。

优选的，所述氟碳基团为H(CF₂CF₂)_n1CH₂-、F(CF₂CF₂)_n2CH₂CH₂-或CF₃CF₂CF₂O(CF(CF₃)CF₂O)_n3CF(CF₃)CH₂-，其中，1≤n₁≤15，1≤n₂≤15，1≤n₃≤15。

优选的，所述碳氢链基团为甲基、乙基、丙基、乙二醇单甲醚或二乙二醇单甲醚。

相应的，本发明还提供一种磷腈类阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

将氟碳醇与六氯环三磷腈反应，得到磷腈类阻燃剂。

优选的，所述氟碳醇为式II、式III或式IV所示的化合物，

H(CF₂CF₂)_n1CH₂OH

式II