[发明专利]含三聚氰环的易溶于有机溶剂的阻燃电解质的制备方法

说明书

发明了一种带有三聚氰环的易溶于有机溶剂的具有阻燃功能的锂盐(R‑Ar‑O)_x(‑CN‑)₃(PO₃Li₂)_3‑x，其中(‑CN‑)₃为三聚氰环基团；x＝1或2；R＝C₁～C₈的烷基、烯基；Ar选自苯环、萘环、五元或六元杂环；该锂盐与(R‑Ar‑O)_x(‑CN‑)₃(PO₃R’₂)_3‑x(R’为甲基、乙基或异丙基)的质量比为10:1～1:1复配而成锂离子电池的阻燃电解质，该电解质易溶解于有机溶剂，按照8％～40％复配，即得到阻燃电解液，该电解液具有好的锂离子电导率和很好的阻燃性能，用于锂离子电池，锂硫电池，锂氟化碳电池或锂氧电池中。

技术领域

本发明涉及一种用于锂电池阻燃电解质的制备。该电解质中的锂盐在有机溶剂中的溶解性能好、电导率高，具有阻燃功能对于提高锂离子电池的安全性能具有重要作用。可用于锂离子电池、锂氧电池、锂硫电池。

技术背景

电解质是锂离子电池、锂氧电池、锂硫电池等电化学能源器件的重要组成部分，起到传递离子以保证电化学器件阴阳两极反应的电子传输。特别是在锂离子电池大规模应用的背景下，作为动力电池，锂离子电池的安全性问题成为亟待解决的重要问题。

电解液是锂离子电池的重要组成部分，是电池在充放电过程中锂离子在正负极之间的迁移的重要载体，其性能直接决定着锂离子电池的性能。锂盐作为液体电解质(电解液)的重要组成部分，锂盐电离出的锂离子的浓度和迁移率是影响电解液性能的重要因素。常采用的锂盐，如高氯酸锂(LiClO₄)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)，最常用的是六氟磷酸锂，它具有较高的电导率和较宽的电化学稳定窗口，且能在碳负极上形成SEI膜。但是六氟磷酸锂合成工艺复杂，涉及高、低温处理，无水无氧操作，强腐蚀防护等生产环节，难度高，且其容易水解，不但会使电导率下降，而且还会使电池产生胀气现象，所以，开发研究新型电导率高，对水稳定的锂盐是重要的研究课题。

由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用有机溶剂，如乙醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙基酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构，导致其剥脱，并在其表面形成固体电解质膜导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。电解液中锂盐在溶液中的溶剂化效应会对电极/电解液界面的成膜性能和锂离子的迁移行为等产生重要影响，进而显著影响电解液的电化学性能。为了提高电池的阻燃性能和安全性能，锂离子电池电解液中需要加入阻燃剂以增强阻燃性能，提高电池的安全性能，然而，现有的阻燃剂，阻燃效果不好，且加入阻燃剂后的电解液的电导率会下降。另外，锂离子电池电解液还需要加入其它添加剂：如，CN201711433412.4公开了提供的锂离子电池及其电解液，通过在电解液添加了一种含氰基的抗过充添加剂，提高了锂离子电池的抗过充能力，保证锂离子电池安全。目前，采用的锂盐的通常存在着价格昂贵、热稳定性差、遇水易分解等问题，为此，需要开发性能更优锂盐。

锂离子电池常用的阻燃剂大致可分为含磷阻燃剂、含氟阻燃剂、含氮阻燃剂和复合阻燃剂。磷酸三甲酯(TMP)和磷酸三乙酯(TEP)是最早研究的应用于锂离子电池的阻燃添加剂，阻燃效果较好，但由于其磷含量较高，易于造成碳素负极剥离，影响电池的循环性能。目前，还没有可阻燃锂盐的报道。三聚氰环基合物是含氮的具有阻燃功能的六元环状化合物，分子结构特殊，化学结构稳定使其具有优异的热稳定性。三聚氰环上如果连有膦酸酯基，由于膦酸酯基也具有阻燃功能，且阻燃机理与三聚氰环基不同，所以，该类化合物或它们的复配产物具有很好的阻燃效果。

发明内容：