[发明专利]一种高纯含氟有机磷系阻燃剂及制备方法

说明书

  技术领域

本发明涉及锂电池电解液阻燃剂高纯含氟有机磷酸酯，具体地说是涉及一种高纯含氟有机磷系阻燃剂的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池在过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下会放出大量的热，这成为易燃电解液的安全隐患，可能造成热击穿甚至电池爆破，在电解液中使用少量的阻燃剂，既不会改变电池性能又可以使易燃的有机电解液变成难燃或不可燃，从而避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。 

复合阻燃剂兼有多种阻燃剂的特性，其阻燃元素间的协同作用可以降低阻燃剂的用量，提高阻燃剂的阻燃效果。复合阻燃剂中氟代磷酸酯以其较强的电化学和热力学稳定性，用于锂离子电池电解液表现出较佳的综合性能。 

刘锦平等在《高纯三（氟乙氧基）磷酸酯制备研究》一文中提到向锂离子电解液中添加该类阻燃剂的阻燃效果测试，结果表明电解液的SET急剧下降，其可燃性迅速降低，SET<10s/ml，达到阻燃电解液的行业标准要求，但在其工艺制备过程中未能有效吸收和处理逸出产物HCl，对环境造成严重污染，同时给安全生产带来隐患。 

盛喜忧等在《三氟乙氧基磷酸酯的合成与性能研究》一文中就该类阻燃剂对电解液性能的影响做了较为全面的测试评估。测试指出当添加8%的三（氟乙氧基）磷酸酯时，电解液就具有很好的阻燃性能，电解液的电导率影响较小；电解液的电化学工作窗口应该大于4.5V，采用循环伏安法测定三（氟乙氧基）磷酸酯对基础电解液的影响，添加10%该类阻燃剂，5V时的反应电流只是从110uAcm^-2降为60uAcm^-2，表明三氟乙氧基磷酸酯的加入对电解液的电化学工作窗口没造成任何不利影响；在充放电电流为0.5C、电压范围为3～4.25V条件下测定三氟乙氧基磷酸酯对电解液比容量的影响，添加5%的该类阻燃剂时，电池比容量由144mAhg^-1增至148 mAhg^-1，添加10%的该类阻燃剂时电池比容量降至142 mAhg^-1，可知电池比容量的损失几乎可以忽略，但在其合成工艺中未提出对未充分反应的三氟乙醇的回收利用；同时，规模化工业生产中存在消耗较大量的催化剂的问题，其工艺中也未能考虑对催化剂的回收处理并循环利用等相关问题，会致使规模化工业生产的成本大幅提升。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有锂离子二次电池在过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下会放出大量的热，可能造成热击穿甚至电池爆破的问题，提供一种高纯含氟有机磷系阻燃剂，在电解液中使用少量高纯的三（氟乙氧基）磷酸酯作为阻燃剂，既不会改变电池性能又可以使易燃的有机电解液变成难燃或不可燃，从而避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。 

本发明的另一个目的就是克服现有三（氟乙氧基）磷酸酯制备工艺过程中存在的未能有效吸收和处理逸出产物HCl和消耗较大量的催化剂的问题，提供一种高纯含氟有机磷系阻燃剂的制备方法，减少对环境造成严重污染，安全生产，并能对催化剂的回收处理并循环利用，有效降低生产成本。 

本发明所采用的技术方案是：为结构式（Ⅰ）所示的三（氟乙氧基）磷酸酯化合物： 

                         OCH₂CF₃

                         ∣

           F₃CCH₂O—P＝O

                         ∣

                         OCH₂CF₃

                        (Ⅰ)

    本发明由以下技术措施来实现上述技术问题的解决。

   一种高纯含氟有机磷系阻燃剂的制备方法包括以下步骤； 

（1）三氟乙氧基磷酸酯的制备