[发明专利]含氰基高介电常数有机硅电解质材料

说明书

技术领域：

本发明涉及化学技术领域，尤其涉及一类含氰基高介电常数有机硅电解质材料。

技术背景

目前，锂离子电池产业中所使用的电解质材料主要是有机碳酸酯类化合物和LiPF₆锂盐体系，体系的工作模式在技术上仍然存在安全性隐患，其主要原因是碳酸酯类有机电解质材料具有很高的可燃性，因此安全性存在巨大的隐患，尤其是在要求高安全性、大容量和高倍率放电的混合动力和全电汽车应用领域，安全性问题是制约这些材料应用的重要因素。因此，国内外都在积极地研究开发安全、有效和环境友好的新一代有机电解质材料。

聚氧化乙烯(PEO)是最早开发的并被应用于锂粒离子电池的聚合物电解质材料，然而PEO的离子电导率较低，限制了其应用。为解决PEO的低电导率问题，West等人在专利中公开了一类含碳酸酯基有机硅液态和聚合物电解质材料(US2006035154-A1，US2004248014-A1)，高介电常数基团碳酸酯基提高材料的高介电常数，有利于离子的离解，从而提高材料的离子电导率。Egashira(J.Power Sources，18(2004)240-244)报道了含氰基的饱和脂肪族季铵盐离子液体，发现氰基有利于离子的离解。国际专利WO200519185公开了一种含氰基的五元或六元芳香杂环离子液体，中国专利CN101085762A公开了一种含氰基的基于吗啉阳离子的离子液体化合物。有机硅电解质材料和离子液体材料都具有高安全性，但是这些材料合成方法较复杂，成本较高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种安全、有效、应用范围广的含氰基高介电常数有机硅电解质材料。

本发明涉及的含氰基高介电常数有机硅电解质材料的化学结构式如下式I：

其中R₁，R₂，R₃选自相同或不同的C1-C10烷基或烷氧基，其中至少有一个基团为如(CH₂)_nO(CH₂CH₂O)_mCH₃结构的烷氧基团，n，m为0-10的整数；R₄为C1-C20烷基。

本发明的原理是，在有机硅基含EO单元的材料结构中引入强极性氰基，在提高材料的高介电常数，同时保留有机硅材料的安全性。

本发明含氰基高介电常数有机硅电解质材料可作为电解质材料或添加剂应用锂离子电池，此外还可以作为电解质材料应用于其它电化学储能器件(如电解电容和超级电容)及其它光电器件(如有机太阳能电池等)。

附图说明

图1是本发明实施例1-3含氰基高介电常数有机硅电解质材料的玻璃化转变温度曲线。

图2是本发明实施例1-3含氰基高介电常数有机硅电解质材料的离子电导率随温度变化曲线(1MLiTFSI)。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

实施例的合成反应式如下：

如上述反应式所示，以下实施例的第一步是合成3-丙基腈-二甲基氯硅烷，过程如下：

在0℃下，二甲基氯硅烷(6.7g，71mmol)慢慢滴入丙烯腈(4.8g，71.6mmol)和5mol％铂催化剂中，50℃加热16h，直接通过减压蒸馏得到无色液体产物，b.p.42℃/0.2Torr。

¹H-NMR(600MHz，CDCl₃)：δ＝0.536(s，6H，SiCH₃)，1.074(m，2H，SiCH₂)，1.892(m，2H，SiCH₂CH₂)，2.51(t，2H，J＝7.2，CH₂CN)；

¹³C NMR(600MHz，CDCl3)：-0.001，16.688，18.195，18.635，117.889.

实施例1：3-丙基腈-甲氧基乙氧基-二甲基硅烷(EO1SiC3CN)的合成

3-丙基腈-二甲基氯硅烷(10g，61.8mmol)慢慢滴入乙二醇单甲醚(4.8g，63.1mmol)和等当量三乙胺的四氢呋喃中，加热回流18h，过滤后旋转蒸发除去溶剂，通过减压蒸馏得到无色液体产物，b.p.55℃/0.2Torr。