[发明专利]一种磷腈基磷酸酯添加剂和制备方法及锂电池电解液

说明书

本发明涉及一种磷腈基磷酸酯添加剂和其制备方法及锂电池电解液，该添加剂包括通式结构的磷腈基磷酸酯的化合物，制备时将六氯环三磷腈与磷酸酯、溶剂、缚酸剂混合，进行取代反应，得到悬浊液后离心处理，取上清液，然后在上清液添加氟盐或醇盐，进行取代反应，并通过减压蒸馏法去除溶剂和离心法去除沉淀即可。该添加剂同时含有N和P两种元素，阻燃效果佳，粘度适中，具有良好的系统相容性，并可在锂电池正极表面形成保护膜，提高了电池的高压和高温循环性能，完全不影响电池的电化学性能，使得电解液自熄时间明显减少，阻燃性能和电导率优良，还明显改善了锂离子电池的耐过充性能，电池安全性能提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种磷腈基磷酸酯添加剂和其制备方法及锂电池电解液。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、有记忆效应以及可以大电流充放电等特点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等高能便携式电子设备中，同时在新能源汽车、航空航天、国防装备等领域有着广阔的应用前景。但申请人发现：目前安全性是制约大容量和高功率锂离子电池发展的关键问题，锂离子电池电解质大多为有机液体电解质，由有机溶剂和导电锂盐组成，常用的有机溶剂为烷基碳酸酯类化合物，但其闪点都很低，致使锂离子电池的电解液极易燃烧。当电池发生短路、过充等安全问题时，电池异常发热、气化或分解产生大量气体导致电池破裂起火。近些年，各国都发生了多起电池安全事故，这主要是由于电池在滥用(热冲击、过充等)状态下引起热失控而导致的安全性问题，特别是在电动车等大容量电能应用方面，安全问题尤为重要。

为此，近年来，用于提高安全性能最常用的方法是使用过充添加剂和阻燃添加剂。过充添加剂的氧化分解电位位于锂离子电池正常使用电压上限和电解液氧化电位之间，当电池发生充电失控超过正常充电上限时，能够优先发生氧化聚合，延缓电池电压的上升从而保护或延缓电解液的氧化。通过在有机电解液中添加阻燃添加剂，如：烷基磷酸酯、氟代有机物、磷腈化合物等，提高电解液的阻燃性能。但是，实际上阻燃电解液的使用只是降低了电池的燃烧程度，无法影响安全问题的发生，另外为了达到阻燃效果，阻燃添加剂的使用量一般都超过5％，添加剂的大量使用往往会造成电解液性能的下降，劣化锂离子电池的电化学性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有良好的相容性，在提高电解液阻燃性的同时不会影响其电化学性能，还能起到防过充作用，在电压失常的情况下，优先发生氧化聚合，延缓电池电压上升的磷腈基磷酸酯添加剂，以及该磷腈基磷酸酯添加剂的制备方法和采用了该磷腈基磷酸酯添加剂制备的锂电池电解液。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种磷腈基磷酸酯添加剂，包括通式(Ⅰ)结构的磷腈基磷酸酯的化合物，

其中，R1-R6中有m个独立的具有通式(Ⅱ)或通式(Ⅲ)结构的取代基，m的取值为1-3的整数，其余为氟原子、甲氧基、乙氧基和三氟乙氧基中的一种；

所述通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构中R7为羟基乙基、羟基异丙基中的一种；R8为氟原子、甲氧基、乙氧基和三氟乙氧基中的一种；R9为羟基乙基、羟基异丙基中的一种。

一种上述磷腈基磷酸酯添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将六氯环三磷腈与一种具有通式(Ⅱ)或通式(Ⅲ)结构的磷酸酯、溶剂、缚酸剂混合，进行取代反应，得到悬浊液；

S2.对悬浊液进行离心处理，取上清液；

S3.在取得的上清液添加氟盐或醇盐，进行取代反应，并通过减压蒸馏法去除溶剂和离心法去除沉淀，所得产物磷腈基磷酸酯添加剂。