[发明专利]环状磺酸硅基内酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池电解液添加剂领域，特别是涉及一种锂电池电解液添加剂用环状磺酸硅基内酯及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电池向高电压化、高容量和高能量密度的方向发展，人们对电池的安全性能和充放电循环特性降低以及电池高温储存时产生气体等问题的关注度逐渐提高。

现有技术中也提出了解决上述问题的技术。例如，对于已经实用化的锂离子二次电池，为了解决上述问题，采用向其非水电解液中加入特定的添加剂，使含有非水电解液的锂离子二次电池在进行充电时，在负极表面会形成源于上述添加剂的致密的覆膜，该覆膜能够持续抑制非水电解液中的非水性溶剂和负极的反应，从而抑制伴随着随后的充放电循环进行而发生的电池容量降低和气体产生引起的电池膨胀，并可以改善电池的充放电循环特性，磺酸内酯，比如1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯，已经成为众多添加剂中的一类。

然而，上述覆膜仍存在如下技术问题：1、覆膜的离子传导性不充分，使电池的特性降低；2、覆膜的结构不稳定，反复进行覆膜的溶解和成长，对抑制高温储藏时膨胀的效果不佳。另外，电池充电结束时仅形成来自于上述添加剂的覆膜并不能充分地抑制充放电循环特性的降低和高温储藏时的膨胀问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种环状磺酸硅基内酯及其制备方法，能够有效解决电池在使用过程中存在的上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种环状磺酸硅基内酯，包括如下结构式：

式中：

—R₁和R₂为烃基。

在本发明一个较佳实施例中，所述烃基为甲基、乙基、乙烯基、正丙基、苯基、苯甲基或苯乙基。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一个技术方案是提供一种环状磺酸硅基内酯的制备方法，包括如下步骤：

(1)加成反应：将通式(Ⅰ)的乙烯基硅烷、通式(Ⅱ)的乙烯基二硅氧烷或二硅氮烷、通式(Ⅲ)的乙炔基硅烷、通式(Ⅳ)的乙炔基二硅氧烷或二硅氮烷中的任意一种与通式M(HSO₃)n表示的亚硫酸氢盐或亚硫酸按一定的摩尔比进行加成反应，控制反应的温度和时间，得到含取代基的磺酸盐或磺酸；

(2)酸化处理：将步骤(1)中得到的含取代基的磺酸盐加入到酸液中搅拌酸化处理或用酸性离子交换树脂柱进行酸化处理，得到含取代基的磺酸；

(3)成环反应：将步骤(1)或(2)中得到的含取代基的磺酸进行脱水成环，得到所述环状磺酸硅基内酯；

其中，所述通式(Ⅰ)的乙烯基硅烷的结构式为：

所述通式(Ⅱ)的乙烯基二硅氧烷或二硅氮烷的结构式为：

所述通式(Ⅲ)的乙炔基硅烷的结构式为：

所述通式(Ⅳ)的乙炔基二硅氧烷或二硅氮烷的结构式为：

上述通式中，X为卤素、烷氧基、酚氧基、烯氧基、酰氧基、胺基、羟胺基或酰胺基中的任意一种；

Y为-O-、-NH-或-NR₃-中的任意一种，其中，R₃为C₁～C₆的脂肪烃基；

M为H、Na、K、Mg、Ca或R₄R₅R₆NH，其中，R₄、R₅、R₆为H、甲基或乙基；

n为1或2。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(1)中，所述乙烯基硅烷、乙烯基二硅氧烷或二硅氮烷、乙炔基硅烷、乙烯基二硅氧烷或二硅氮烷中的乙烯基或乙炔基，与通式M(HSO₃)n中的HSO₃^—的摩尔比为1.0：0.1～10.0。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(1)中，所述反应的温度为10～150℃，时间为0.5～48h。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(2)中，所述酸化处理的条件为：温度10～100℃，搅拌时间0.1～10h；所述酸液为质量浓度为1～75％的硫酸、盐酸或硝酸。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(3)中，所述脱水成环的方法为真空脱水成环或常压溶剂共沸脱水成环。

在本发明一个较佳实施例中，所述真空脱水成环的条件为：温度50～250℃，真空度-0.1～0MPa。