[发明专利]2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-三磷酸锂及其复配物用于阻燃电解质的制备方法

说明书

本发明提供一种高磷酸含锂的2,4,6‑三氧代‑1,3,5‑三嗪‑三磷酸基锂盐及溶剂、添加剂等复配得到的锂离子电池阻燃电解质的制备方法，高的磷酸基与锂离子含量，在实现阻燃效果的前提下，提供多个锂离子附着位点，提高电解液中锂离子浓度，并减少了阻燃添加剂的使用。其特征在于，首先用亚磷酸三酯取代三氯异氰尿酸上的高活性氯，得到磷酸酯类化合物；再将酯类化合物水解得到磷酸基产物；其锂盐、中间体磷酸酯及其它添加剂溶解到有机溶剂中复配得到新型阻燃锂离子电池电解质，本发明所述的新型电解质可用于锂离子电池、锂氧电池、锂硫电池的电解质。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池阻燃电解质的制备方法，可以不但可以提高电解质的电导率，而且该电解质还有很好的阻燃效果，可用于锂离子电池、锂-氧电池或锂-硫电池领域。

背景技术

电解质作为锂电池的重要组成部分，对提升锂离子电池的循环稳定性能和能量密度等起到关键作用。而锂离子电解液多由有机溶剂和导电锂盐组成，在使用过程中，可能存在的热冲击、过充放等问题提高电池工作温度或锂枝晶等现象的存在，导致其电解质膜被破坏及电池内部短路，出现热失控现象。锂离子电池的安全事故，80％以上与热失控相关，这主要归因为锂离子电池普遍采用介电常数高且相容性好，但易燃的碳酸酯类作为电解质的溶剂，因此在兼顾安全性和电化学性能下，最直接、有效和经济地提高安全性的方法就是阻燃剂的添加。

锂离子电池用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。含磷阻燃剂以自由基捕捉机理为主，磷酸三甲酯(TMP)和磷酸三乙酯(TEP)是最早研究的阻燃添加剂，阻燃效果优异，例如专利文献CN 108615939A公开了一种新型锂离子电池电解液阻燃添加剂，采用甲基磷酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯等磷酸酯类混合，使易燃有机电解液变成不易燃或不可燃，降低电池放热值和电池自热率的作用，同时也可提高电解液自身的热稳定性。专利文献CN 107293790A公开了一种阻燃锂离子电池电解液，氟代烷氧硅基聚磷腈类阻燃剂，由于含有P、N、Si、F等多种阻燃元素协同使得阻燃效率很高，且磷腈可吸热降解生成磷酸盐，偏磷酸盐和多聚磷酸盐及不可燃性气体，在阻燃材料表面形成非挥发性的保护膜以隔绝空气，从而抑制燃烧。但阻燃剂的添加必然导致电解质中锂盐含量的降低，存在锂离子浓度较低影响锂离子电池的高倍率传输等的问题。

锂盐是电解液中锂离子的提供者。目前，常见的锂盐有LiPF₆(六氟磷酸锂)、LiAsF₆(六氟砷酸锂)、(高氯酸锂)等，LiClO₄具有氧化性能，LiAsF₆中的As有一定的毒性，LiPF₆虽然其具有优异的氧化稳定性，但其遇水易分解。所以，能溶解在有机溶剂中，无毒、不怕水的廉价、高电导率的锂盐的开发研究是非常重要的课题。当今锂离子电池另一个亟待解决的问题是解决电池的阻燃问题，所以阻燃电解质的研究成为当今锂离子电池行业需要解决的最重要问题之一。且较低的锂离子浓度，难以满足高性能锂离子电池的需求。目前，高磷酸基和锂离子含量的阻燃电解质较少报道，2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-三磷酸基锂盐未见报道。

发明内容

为了解决当今锂离子电池安全性问题，针对现有技术的不足，发明了一种含高磷酸锂的化合物—2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-三磷酸基锂盐(LiTPA)，该锂盐可以溶解在有机溶剂中，由于分子中含有六个锂离子，所以其溶液的锂离子浓度可以提高，因此，其溶液的锂离子电导率可以提高。由于LiTPA分子中含有阻燃的异氰脲酸基团和磷酸基团，所以该盐是很好的阻燃材料，LiTPA可以溶解在水中，所以，LiTPA对水汽或少量的水不敏感，不会产生胀气现象。另外，LiTPA 在水中的非常容易溶解，溶液中锂离子的浓度可以比较大，为高浓度锂盐水系锂离子电池的开发研究提供了物质基础。LiTPA与TTP和其它电解质添加剂复配可以制备新型的阻燃电解质用于离子电池、锂氧电池和锂硫电池。

本发明的技术方案如下：

2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-三磷酸(TPA)基锂盐及其电解质的制备方法，步骤如下：