[发明专利]一种高效阻燃剂硅氧基氟代环三磷腈及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效阻燃剂硅氧基氟代环三磷腈及其合成方法。

背景技术

磷腈化合物是一类骨架由氮和磷交替排列的有机-无机杂化化合物，可分为聚磷腈和环磷腈。其中，氯代环三磷腈是环磷腈化合物中最有代表性的化合物，由于氯原子具有很强的反应活性，极易被各种亲核试剂所取代。因此，以氯代环三磷腈为中间体，可合成出具有各种有机官能团的磷腈衍生物。

目前，研究较多的磷腈衍生物有：六苯胺基环三磷腈、六乙胺基环三磷腈、六氟环三磷腈、六异丙氧基环三磷腈、六甲氧基环三磷腈、六乙氧基环三磷腈、六正丙氧基环三磷腈。磷腈衍生物的主要被用作阻燃剂。

但是，作为锂离子电池电解液的阻燃添加剂，上述磷腈衍生物有显著的缺点。经研究发现，六苯氧基环三磷腈、六甲氧基环三磷腈、六丙氧基环三磷腈、1-乙氧基-1,3,3,5,5-五氟环三磷腈不能显著提高锂离子电池电解液的闪点，而且阻燃温度区间小，阻燃性能随温度变化范围大，因此不能彻底的防止电池在滥用的情况下发生的着火、燃烧甚至是爆炸等一些安全性的问题。另外，添加阻燃添加剂后，对锂电池的电池性能会有较大的负面影响。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种硅氧基氟代环三磷腈的合成方法，制备得到的硅氧基氟代环三磷腈应用于高性能锂离子电池电解液添加剂中。

硅氧基氟代环三磷腈类化合物，具有如下结构式：

本发明还提供一种硅氧基氟代环三磷腈的合成方法，包括以下步骤：

将氟化环三磷腈溶解于有机溶剂中，加入硅氧基化合物，反应0.5-72h，用一个硅氧基取代一个氟原子，得到硅氧基氟代环三磷腈。

优选的，所述硅氧基化合物为三甲基硅醇钾或三甲基硅醇钠或三甲基硅醇锂。经过试验验证，这三种硅氧基化合物的硅氧基化效果更好。

为了能够提高氟代环三磷腈的转化率，优选的，所述氟代环三磷腈与硅氧基化合物的物质的量之比为1:2-4:1。

优选的，所述反应温度为-30-120℃。

进一步优选的，所述反应温度为10～40℃。

优选的，所述氟代环三磷腈为六氟环三磷腈。根据原料的不同可制备不同氟代环三磷腈产品。

为了能够提高反应效率，优选的，所述有机溶剂为氯代苯、石油醚、吡啶、四氢呋喃、正己烷、乙腈、苯甲腈、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲苯或二甲基砜(DMSO2)中的一种或多种混合物。

硅氧基氟代环三磷腈类化合物在制备锂离子电池电解液中的应用，具体的，所述硅氧基氟代环三磷腈作为锂离子电池电解液的阻燃剂。

其中，所述锂离子电池电解液由四类组分组成：锂盐，碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，磷腈衍生物类阻燃添加剂和其他功能添加剂，所述磷腈衍生物类阻燃添加剂为硅氧基五氟环三磷腈。

其中，锂盐是LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiBOB(二草酸硼酸锂)及LiN(CF₃SO₂)₂中的一种或其混合物。

所述碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物。

所述环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸亚丁酯中的一种或几种。所述链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯(EMC)、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。

所述醚类有机溶剂选自四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或几种。

其他功能添加剂是下列化合物中的一种或几种共存：联苯(BP)，碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，亚硫酸丙烯酯，亚硫酸丁烯酯，1,3-(1-丙烯)磺内酯，亚硫酸乙烯酯(ES)，硫酸乙烯酯，环己基苯，叔丁基苯，叔戊基苯和丁二氰。