[发明专利]一种有机硅阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液

说明书

本发明公开了一种有机硅阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液，将有机硅与磷酸酯、氮原子等阻燃单元结合在一起，得到有机硅阻燃添加剂；然后将上述阻燃添加剂添加至锂离子电池电解液得到阻燃甚至完全不燃的阻燃型锂离子电池电解液。本发明制备得到的有机硅阻燃添加剂与锂离子电池电解液相容性非常好，并且只需要加入少量该添加剂到电解液中，在不影响电性能的条件下，电解液就能具有优良的阻燃特性，且能够提高电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及有机硅阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液。

背景技术

由于具有高能量密度、高工作电压、长循环寿命等优点，锂离子电池成为近几十年来获得巨大发展的新型能源之一，大量占据了便携式电子产品电源市场，并逐步向大型动力电源应用领域发展。但是，近年来锂离子电池安全事故频发，安全问题严重影响了锂离子电池的大规模商业化发展，究其主要原因，是因为锂离子电池电解液中通常都含有易挥发、低闪点的有机溶剂，这些有机溶剂在电池过充、短路、受热、受猛击等滥用条件下很容易发生燃烧甚至爆炸。

在锂离子电池电解液中加入阻燃添加剂，是目前被认为解决安全问题最有效最经济的方法，阻燃添加剂的加入可以使易燃的有机电解液变得难燃或不燃，从而避免了电池在过热条件下燃烧或爆炸。锂离子电池电解液中应用最广泛的阻燃添加剂为磷系阻燃剂，通常为磷酸酯或亚磷酸酯类物质，比如磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、亚磷酸三甲酯等都是常用的阻燃添加剂。这些磷酸酯及亚磷酸酯类添加剂，虽然能起到一定的阻燃作用，但其阻燃效率较低，要达到阻燃甚至不燃的效果，加入必须达到一定量，当阻燃添加剂的加入量过大时，会大大增加电解液的黏度，降低电解液的导电性能，此外还会破坏石墨负极的SEI膜，使石墨负极的不可逆容量增加，循环寿命显著下降，影响电池的电性能，这些缺点都限制了磷系阻燃剂的应用。

有机硅化合物作为阻燃添加剂，具有热稳定性好、阻燃效率高、黏度低等优点，当其与磷、卤等阻燃元素结合在一起，用作锂离子电池添加剂时，能够大大提高电解液的阻燃性能。公开号为CN106935909A和CN107915759A的专利都报道了将磷腈化合物与硅原子结合在一起的阻燃剂，不仅阻燃效果优异，而且能够提高电池的循环稳定性。但是，这些硅基磷腈类化合物大部分存在与电解液相容性不好的问题，且往往只含有一个硅原子，没有充分利用硅元素的阻燃特性，因此研发更有效的有机硅阻燃添加剂很有必要。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种有机硅阻燃添加剂，将有机硅与磷酸酯、氮原子等阻燃单元结合在一起，得到目标阻燃剂。

本发明的另一目的是提供一种含有上述有机硅阻燃添加剂的阻燃甚至完全不燃的阻燃型锂离子电池电解液。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种有机硅阻燃添加剂，所述的有机硅阻燃添加剂具有如下结构：

其中，R1-R8可为卤素、烷基、烷氧基、烯烃基、苯基、联苯基、苯醚基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、卤代苯基、卤代联苯基等，其中卤素为F、C1或Br，卤代包括部分取代和全取代。

进一步方案为，所述的有机硅阻燃添加剂结构还可以为：

其中，R7-R8可为卤素、烷基、烷氧基、烯烃基、苯基、联苯基、苯醚基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、卤代苯基、卤代联苯基等，其中卤素为F、Cl或Br，卤代包括部分取代和全取代。

本申请另一方面还提供了上述有机硅阻燃添加剂的制备方法，具体步骤如下：

将双硅烷基胺与氯磷酸酯以摩尔比为1∶1的量，在缚酸剂及有机溶剂的作用下，于室温下反应5-20h，反应结束后进行提纯，最终得到所需的有机硅阻燃添加剂。