一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法与应用

本发明涉及锂离子电池电解液，具体为一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池具备无记忆效应、环境友好、能量密度高等优点，已经广泛应用在笔记本电脑、手机、摄相机等便携式电子设备中，给人们生活带来了极大的便利。然而锂离子电池还有很多需要改进的方面，如电池的循环稳定性、高低温性能均为制约锂离子电池在电动车大规模应用的重要因素之一。电解液是锂离子电池的关键材料之一，直接决定电池循环稳定性、高低温的性能，目前通常通过改变电解液的成分来改善电池的性能。

2、为解决目前的问题，本发明将2,3-二氰基对苯二酚衍生物作为锂离子电解液添加剂应用到锂离子电池中，该结构苯环上连有烯烃不饱和烷氧基和氰基，在充放电时可以有效形成稳定的sei膜，且电池充放电过程中氰基在正极表面形成比较有效的保护膜，覆盖其活性位点，可以降低正极对电解液的反应活性，且在高温下会与hf酸发生反应，减少hf酸对电极表面和集流体的破坏，从而提高电池的高低温性能和循环性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是鉴于上述现有技术的问题，提供一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法与其在锂离子电池电解液中作为添加剂的应用。

2、本发明采用的技术方案具体如下：

3、一种衍生物，结构式如下：

4、

5、其中，r1，r2为含有2-6个碳原子的直链、支链烯烃或炔烃；

6、优选的，所述衍生物的结构式包含以下的任意一种结构：

7、

8、上述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物，所述合成方法步骤如下：

9、在氮气保护下，取原料2,3-二氰基对苯二酚与卤代烯烃或炔烃进行亲核取代反应，得到2,3-二氰基对苯二酚衍生物，反应如下：

10、

11、其中x为卤素原子；

12、进一步的，合成反应中所述的2,3-二氰基对苯二酚与r1x的摩尔比为1：1～1.2。

13、进一步的，合成反应中所述的2,3-二氰基对苯二酚与r2x的摩尔比为1：1～1.2。

14、进一步的，合成反应中所述反应温度是-10℃～100℃，优选-5℃～70℃。

15、进一步的，合成反应时间是2～24h，优选8～16h。

16、进一步的，合成反应中反应溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，丙酮，乙腈，二甲亚砜等非质子极性溶剂；反应中使用的碱是碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠等无机碱或者是三乙胺，异丙胺，二异丙胺、吡啶等有机碱。

17、进一步的，反应后得到粗品经过结晶纯化后得到目标产物2,3-二氰基对苯二酚衍生物。

18、一种锂离子电池电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂含有上述2,3-二氰基对苯二酚衍生物和氟代碳酸乙烯酯；所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物质量百分比为0-1.5wt％，氟代碳酸乙烯酯质量百分比为0-4.0wt％。

19、上述的锂离子电池电解液，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、二(三氟甲基磺酰)甲基锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、liasf6、liclo4中的一种或多种按任意比例混合，优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂；所述的锂盐质量百分含量为12.50％。

20、上述的锂离子电池电解液，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、丙烯磺酸内酯、二氟磷酸锂和亚磷酸三苯酯中的一种或几种按任意比例混合；优选的，有机溶剂组合为：碳酸乙烯酯+碳酸二乙酯+碳酸甲乙酯，所述的有机溶剂质量百分含量为82％～87.5％。

21、本发明提供一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法与应用，该合成方法合成原料廉价易得，合成过程较简单。所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物，该结构苯环上连有烯烃不饱和烷氧基和氰基，应用到锂离子电池中在充放电时可以有效形成稳定的sei膜，且电池充放电过程中氰基可能在正极表面可能形成比较有效的保护膜，覆盖其活性位点，可以降低正极对电解液的反应活性，且在高温下会与hf酸发生反应减少hf酸对电极表面和集流体的破坏，从而提高电池的高低温性能和循环性能。

技术特征：

1.一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物，其特征在于，具有下述一般式表示的结构式：

2.根据权利要求1所述的一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物，其特征在于：所述结构式包含以下的任意的一种结构：

3.合成权利要求1或2所述的一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的方法，其特征在于，包含以下步骤：

4.根据权利要求3所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法，其特征在于：合成反应中所述的2,3-二氰基对苯二酚与r1x的摩尔比为：1：1～1.2；

5.根据权利要求3所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法，其特征在于：合成反应中反应温度是-10℃～100℃。

6.根据权利要求3所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法，其特征在于：合成反应时间是2～24h。

7.根据权利要求3所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法，其特征在于：合成反应中反应溶剂为非质子极性溶剂中的n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、或二甲亚砜；反应中使用的碱为无机碱中的碳酸钾、碳酸钠或碳酸氢钠，或者为有机碱中的三乙胺、异丙胺、二异丙胺、或吡啶。

8.根据权利要求3所述得一种2,3-二氰基对苯二酚衍生物的合成方法，其特征在于：

9.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂组成为权利要求1或2所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物和氟代碳酸乙烯酯；所述的2,3-二氰基对苯二酚衍生物质量百分比为0-1.5wt％，氟代碳酸乙烯酯质量百分比为0-4.0wt％。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐质量百分含量为12.50％，所述有机溶剂质量百分含量为82％～87.5％。

技术总结
本发明公开了一种2,3‑二氰基对苯二酚衍生物的合成方法与应用，该化合物以2,3‑二氰基对苯二酚为反应的起始原料，通过与卤代烯烃或炔烃进行亲核取代反应，得到该目标产品，该合成方法合成原料廉价易得，合成过程较简单。所述的2,3‑二氰基对苯二酚衍生物，其结构苯环上连有烯烃不饱和烷氧基和氰基，应用到锂离子电池中在充放电时可以有效形成稳定的SEI膜，且电池充放电过程中氰基可能在正极表面可能形成比较有效的保护膜，覆盖其活性位点，可以降低正极对电解液的反应活性，且在高温下会与HF酸发生反应减少HF酸对电极表面和集流体的破坏，从而提高电池的高低温性能和循环性能。

技术研发人员：高翔,李可,李娜,刘福金,刘景成,舒鑫琳,樊容忍,夏丽,骆志明
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5