[发明专利]一种含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法，以三光气和丙三醇为原料，通过加入适量的催化剂和缚酸剂来制备活性中间产物；再与含氟磺酰卤类化合物通过亲核取代反应得到最终产物含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂。本发明实验条件温和，易于操作，产物纯度高。在此基础上还提出了含有该含氟磺酸酯类添加剂的锂电池电解液，与不含添加剂的电解液相比，含氟磺酸酯类添加剂的电解液能够明显改善锂离子电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池制造领域，具体是一种含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法。

背景技术

自20世纪90年代商业化以来，锂离子电池已经成为迄今为止综合性能最好的二次电池体系，广泛应用于消费类电子产品、手持电动工具、不间断电源及静态储能和交通运输工具等领域。然而，基于现有技术的锂离子电池在循环寿命、高低温循环性能以及安全性等方面尚难以完全满足高性能电动汽车和大型储能系统的应用要求。因此，研究长寿命、低成本、安全可靠以及对环境友好的新型电池及其材料理论和技术，已经成为新型锂离子电池研究中最核心的任务及目标。

作为改善锂离子电池性能最经济有效的手段之一，锂离子电池添加剂已成为电解液实现多种功能化的关键。一般而言，少量添加剂(5％)可以显著提高电池的各项性能(如倍率、循环、高低温或安全)。添加剂可以大致分为以下几类：防过充添加剂、阻燃添加剂和成膜添加剂几类。其中关于成膜添加剂的研究最为广泛，具有代表性是碳酸亚乙烯酯(VC)，硫酸乙烯酯(DTD)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)等，VC能够优先于溶剂和锂盐在石墨负极形成钝化膜，实现改善SEI膜的化学或电化学稳定性的效果(Burns,J.C.,J.Electrochem.Soc.2011,159,A85)，主要是因为VC中的不饱和键能够发生聚合反应，并且碳酸酯基团能够在石墨表面形成烷基碳酸锂；而DTD能够在石墨负极表面生成锂离子电导率高的亚硫酸锂(LiSO₃)、烷氧基磺酰锂(ROSO₂Li)和硫化锂(Li₂S)，能够显著降低电池阻抗(Sano,A.,J.Power Source,2009,192,714)；氟代碳酸酯FEC在石墨负极形成的SEI膜更致密更薄，能够显著改善电池循环性能，这主要归因于其能够在石墨上生成聚合物和LiF(Nakai,H.,J.Electrochem.Soc.2011,158,A798)，LiF不仅能够提高SEI膜的机械强度，而且能够降低锂离子穿过SEI膜的活化能。但是上述添加剂很少单独出现在电解液配方中，一般商业化的电解液中都存在两种或两种以上添加剂，这样一来不仅使得电解液成本上升，而且使得电池内反应更为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法，能够在提升锂离子电池循环性能的同时简化电解液组分，降低成本。

本发明的技术方案为：

一种含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法，所述的含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂用于制备锂电池电解液，所述的含氟磺酸酯类锂离子电池添加剂的制备方法具体包括有以下步骤：

(1)、首先，在氮气保护条件下向反应容器中投入三光气和有机溶剂，搅拌一段时间使三光气完全溶解，再向反应容器中加入丙三醇、缚酸剂和催化剂，搅拌下回流反应8–24小时，经过过滤和萃取得到活性中间产物Ⅰ，化学反应式见下式(1)；其中，所述的三光气与丙三醇的摩尔比为1:6–10，所述的三光气与缚酸剂的摩尔比为1:6–8，所述的三光气与催化剂的摩尔比为1:0.01–0.1；