[发明专利]含聚醚链有机卤硅烷及其在非水系锂离子电池电解液中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学材料合成和电化学储能技术领域，尤其是涉及一类含聚醚链有机卤硅烷，及其在非水系锂离子电池电解液中的应用。

技术背景

非水系锂离子电池具有高电压、高能量密度、循环寿命长、可存储性等性能，因而被广泛地应用于消费电子产品中，并正积极地向国防工业、空间技术、电动汽车和静置式备用电源等领域发展。

目前，非水系锂离子电池所使用的非水溶剂主要是有机碳酸酯类化合物。另外，电解液中混合有LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、Li₂SiF₆等电解质。然而，碳酸酯类材料具有很高的可燃性致使锂离子电池在技术上存在巨大的安全隐患。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纯电动汽车应用领域，安全性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液材料。

近年，对非水系电解液进行了各种研究。有机硅化合物具有优良的热稳定性、高电导率、无毒性、低可燃性和高分解电压等优点从而引起研究兴趣。Aurbach等人报道了在常规电解液中加入1%的有机硅化合物用作添加剂能明显改善电池的高温性能（J.Electrochem.Soc.,147(2000)1322）。野木荣信等提出了一种包含有机硅化合物的非水系电解液体系，该体系能降低电池电阻（特别是降低首次循环电池电阻），提高电池寿命，提高安全性等（CN102113164A），其在专利中还提到一种氟化有机硅化合物—三甲基氟化硅烷，它在锂离子电池电解液中的使用量建议为0.2%以下或最好是不使用，其原因并没有阐述。West等人在专利中公开了一种含聚烷氧基醚类的有机硅化合物（US2006035154-A1，J.Mater.Chem.,20(2010)8224）。但是，仍然需要对这一领域进行深入研究，以期能开发新型有机硅电解质材料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种应用范围广的含聚醚链有机卤硅烷。

本发明还提供了上述含聚醚链有机卤硅烷在非水系锂离子电池中的应用。

本发明含聚醚链有机卤硅烷，其化学结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ

其中，R₁、R₂、R₃选自相同或不同的-(CH₂)_xCH₃（x=0～5），或卤素取代基，且R₁、R₂、R₃中至少有一个卤素取代基，卤素优选为F或Cl；R₄选自C1-C5的烷氧基或叔胺基（-NR₅R₆，R₅、R₆为相同或不同C1-C5的烷基）；m为1-20的整数，n为0-5的整数。

化学结构中有Si-F键，可以提高电化学性能稳定。化学结构中的聚醚链段提供与锂离子络合点，进行离子传输，从而提高电池性能。

本发明所述的含聚醚链有机卤硅烷可应用于非水系锂离子电池电解液中，具体为，式Ⅰ的含聚醚链有机卤硅烷作为非水溶剂或添加剂应用于非水系锂离子电池。所述非水系锂离子电池电解液包括：氟碱金属锂盐、高介电常数或低沸点的有机溶剂，和化学结构如式Ⅰ所示的含聚醚链有机卤硅烷。

本发明所述的含聚醚链有机卤硅烷电化学窗口宽，可作为溶剂或添加剂应用于锂离子电池电解液，能在电极表面形成稳定的SEI膜，也可以作为电解质材料应用于任意形状，结构的非水系锂离子电池。也可应用于其它电化学储能器件（如电解电容和超级电容器）。本发明合成方法简单，有效，原料易得，操作简单，易于工业化生产。

附图说明：

图1是本发明实施例2化合物的电化学窗口曲线；

图2是表示本发明实施例2化合物的离子电导率随温度变化曲线（1M LiTFSI）；

图3是本发明实施例7锂离子电池的循环伏安曲线；

图4为本发明实施例7锂离子电池前两次的0.1C充放电曲线；

图5为本发明实施例7锂离子电池的0.1C充放循环性能曲线；

图6为本发明对比例2锂离子电池的0.1C或0.2C充放循环性能曲线，其中前三次是0.1C充放电。

具体实施方式：