一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物及其制备方法和应用与流程

本申请涉及电解液阻燃剂，尤其涉及一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂电池是目前用途最为广泛的化学储能方式之一，已经大规模应用于消费级数码电子设备、新能源汽车、储能基站、航天及军事装备等领域。而作为锂离子电池的核心材料之一，电解液起到至关重要的作用，电解液组成包括锂盐、溶剂和功能添加剂三部分，其中，功能添加剂能够在锂电池的能量密度、循环寿命、安全性能、温度使用范围等方面起到重要作用。根据功能可以将电解液的功能添加剂分为阻燃添加剂、正极保护剂、锂盐稳定剂、抗腐蚀剂、sei成膜剂等，其中，阻燃添加剂的首要作用是提高电解液的安全性，但又不能明显降低电池的性能，目前多数电解液所用阻燃剂为有机磷阻燃剂，如tmp(磷酸三甲酯)、tbp(磷酸三丁酯)、环磷腈化合物等，其中环磷腈化合物是比较理想的阻燃剂，这是由于环状结构的存在，使得阻燃剂中磷的含量较高，因此可以提高阻燃效果，从而可降低阻燃剂的用量。

2、即使环磷腈化合物具有上述特性，在电解液中环磷腈的添加量也要达到10％以上才能起到较好的阻燃效果，然而在该添加量下，锂电池的各项性能指标受到添加剂的影响均会有所下降，如阻抗增加、循环寿命降低等。因此如何提供一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物，以降低环磷腈化合物的添加量，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物及其制备方法和应用，以解决现有技术中电解液的功能添加剂中环磷腈化合物的添加量过高的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物，所述环磷腈化合物中的磷原子上连接有至少一个苯基硅侧基，所述磷原子和所述苯基硅侧基之间通过氧原子连接；

3、所述环磷腈化合物的结构式如式1所示，

4、

5、式1中，

6、r1为卤素原子、三氟乙醇基；

7、r2为卤素原子、三氟乙醇基和苯基硅侧基中的至少一种。

8、可选的，所述环磷腈化合物具有如式2所示的分子结构，

9、

10、可选的，所述环磷腈化合物的具有如式3所示的分子结构，

11、

12、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的环磷腈化合物的方法，所述方法包括：

13、向强碱的有机悬浮液中加入三苯基硅醇，并进行第一搅拌，得到含三苯基硅醇有机盐的第一混合溶液；

14、向六氯环三磷腈中加入所述第一混合溶液，并进行第二搅拌，后进行第三搅拌和过滤，得到第一滤液；

15、真空干燥所述第一滤液，得到环磷腈化合物；

16、其中，所述强碱、所述六氯环三磷腈和所述第一混合溶液的溶剂分别为低沸点惰性非质子型溶剂。

17、可选的，所述三苯基硅醇有机盐和所述六氯环三磷腈的物质的量之比为1～6。

18、第三方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的环磷腈化合物的方法，所述方法包括：

19、向强碱的有机悬浮液中加入三苯基硅醇，并进行第一搅拌，得到含三苯基硅醇有机盐的第一混合溶液；

20、向强碱的有机悬浮液中加入三氟乙醇，并进行第一搅拌，得到含三氟乙醇有机盐的第二混合溶液；

21、向六氯环三磷腈中加入所述第一混合溶液，并进行第二搅拌，后加入所述第二混合溶液进行所述第二搅拌，并进行第三搅拌和过滤，得到第二滤液；

22、真空干燥所述第二滤液，得到环磷腈化合物；

23、所述强碱、所述第一混合溶液、所述第二混合溶液和所述六氯环三磷腈的溶剂分别为低沸点惰性非质子型溶剂。

24、可选的，所述第二混合溶液、所述第一混合溶液和所述六氯环三磷腈满足：

25、m+n＝6q，且m:n＝5～1/5；

26、其中，m为所述三氟乙醇有机盐的物质的量，n为所述三苯基硅醇有机盐的物质的量，q为所述六氯环三磷腈六氯环三磷腈的物质的量。

27、可选的，所述低沸点惰性非质子型溶剂包括四氢呋喃、乙醚、丙酮、二氧五环、二氧六环、甲苯和二甲苯中的至少一种。

28、可选的，所述第一搅拌的时间为4h～12h；和/或，

29、所述第二搅拌的时间为4h～24h；和/或，

30、所述第三搅拌的时间为12h～24h，所述第三搅拌的温度为30℃～60℃。

31、第四方面，本申请提供了一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物的应用，所述应用包括第一方面所述的环磷腈化合物用于锂电池电解液的阻燃剂中。

32、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

33、本申请实施例提供的一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物，相比传统的环三磷腈系的阻燃剂，在其磷原子上引入苯基硅侧基，同时在连接苯基硅侧基的硅原子和磷原子之间上采用氧原子相连接，一方面增加了整体环磷腈化合物的键能，从而能够降低易燃气体的释放，提高环磷腈化合物的闪点，进而提高电解液整体的闪点，另一方面硅原子和氧原子所形成的硅氧结构还具有良好的成膜性能，能够使得阻燃剂在电解液中快速成膜，提高电解液的成膜性能，同时苯基硅侧基还能有效的清除电解液工作过程中所生成的氟化氢和五氟化磷，提高电解液的除酸能力，并且苯环的引入还能配合氧原子的促聚合作用使得环磷腈化合物所在的电解液还具备防过充的效果，能进一步提高电解液的阻燃性，因此通过上述的含三苯基硅侧基的环磷腈化合物，可以将提高电解液的阻燃性、成膜性以及防过充能力和除酸能力有机的结合在一起，由于其具备的优异阻燃性，因此可以在不影响电解液性能的前提下以较低的添加量加入到电解液中。

技术特征：

1.一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物，其特征在于，所述环磷腈化合物中的磷原子上连接有至少一个苯基硅侧基，所述磷原子和所述苯基硅侧基之间通过氧原子连接；

2.根据权利要求1所述的环磷腈化合物，其特征在于，所述环磷腈化合物具有如式2所示的分子结构，

3.根据权利要求1所述的环磷腈化合物，其特征在于，所述环磷腈化合物具有如式3所示的分子结构，

4.一种制备如权利要求1-3任一项所述的环磷腈化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三苯基硅醇有机盐和所述六氯环三磷腈的物质的量之比为1～6。

6.一种制备如权利要求1-3任一项所述的环磷腈化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二混合溶液、所述第一混合溶液和所述六氯环三磷腈满足：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述低沸点惰性非质子型溶剂包括四氢呋喃、乙醚、丙酮、二氧五环、二氧六环、甲苯和二甲苯中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一搅拌的时间为4h～12h；和/或，

10.一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物的应用，其特征在于，所述应用包括将如权利要求1-3任一项所述的环磷腈化合物用于锂电池电解液的阻燃剂中。

技术总结
本申请涉及电解液阻燃剂技术领域，尤其涉及一种含三苯基硅侧基的环磷腈化合物及其制备方法和应用；所述环磷腈化合物中的磷原子上连接有至少一个苯基硅侧基，所述磷原子和所述苯基硅侧基之间通过氧原子连接；所述环磷腈化合物的结构式如式1所示，式1；式1中，R1为卤素原子、三氟乙醇基；R2为卤素原子、三氟乙醇基和苯基硅侧基中的至少一种；该环磷腈化合物可以将提高电解液的阻燃性、成膜性以及防过充能力和除酸能力有机的结合在一起，由于其具备的优异阻燃性，因此可以在不影响电解液性能的前提下以较低的添加量加入到电解液中。

技术研发人员：皮智超,常增花,张薇,苟斌,杨嫚
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15