咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法和应用与流程

本发明涉及材料合成，特别涉及一种咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法和应用。

背景技术：

1、碱金属电池在循环过程中容易产生枝晶，如锂枝晶，锂枝晶容易刺穿电池的隔离膜，导致电池易出现短路，枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属表面sei膜(界面膜)持续重组，消耗电解液和活性金属，还导致循环效率降低，缩短电池循环寿命。研究表明，咪唑类化合物作为添加剂应用于电池电解液中，可以改善电池阴极界面及阴极物质存在状况，提高电池的高低温循环和安全性能。因此，如何有效改善金属电极表面性质、抑制金属枝晶的生成是进一步发展碱金属电池需要解决的重点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，通过本发明的制备方法能有效合成咪唑硫代甲酸酯类化合物，将其作为电解液添加剂应用于碱金属电池的非水电解液中能有效提升电池的性能。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，包括n,n'-硫羰基二咪唑和不饱和醇反应生成咪唑硫代甲酸酯类化合物。

3、与现有技术相比，本发明以n,n'-硫羰基二咪唑和不饱和醇为原料反应可制得咪唑硫代甲酸酯类添加剂，此制备方法简单可控，有利于推广其于电解液及二次电池中的应用。

4、作为一较佳的技术方案，所述n,n'-硫羰基二咪唑与所述不饱和醇先于0℃混合，再加热至室温反应，最后经后处理得到所述咪唑硫代甲酸酯类化合物。

5、作为一较佳的技术方案，所述后处理依次包括浓缩、萃取洗涤、干燥和浓缩。作为示例地，所述浓缩均为采用旋转蒸发仪进行减压浓缩，所述萃取洗涤为采用二氯甲烷和饱和氯化钠溶液进行反复萃取洗涤，所述干燥为采用无水硫酸镁进行干燥。

6、作为一较佳的技术方案，所述不饱和醇为烯丙醇和炔丙醇中的任一种。

7、作为一较佳的技术方案，所述咪唑硫代甲酸酯类化合物为化合物1和化合物2中的至少一种：

8、

9、本发明第二方面提供了上述咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法所制备的咪唑硫代甲酸酯类化合物于非水电解液中的应用，将其应用于非水电解液中可有效提升碱金属电池的电化学性能。

10、本发明第三方面提供了一种非水电解液，包括电解质盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括由上述制备方法制备得到的咪唑硫代甲酸酯类化合物。

11、作为一较佳的技术方案，所述咪唑硫代甲酸酯类化合物于所述非水电解液中的质量百分比为0.01％～2.00％。

12、作为一较佳的技术方案，所述非水电解液还包括成膜助剂，所述成膜助剂包括碳酸亚乙烯酯(vc)、乙烯基碳酸乙烯酯(vec)、亚磺酸乙烯酯(es)、1,3-丙磺酸内酯(1,3-ps)和磺酸乙烯酯(dtd)中的至少一种，所述成膜助剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.1％～5.0％。

13、作为一较佳的技术方案，所述电解质盐为锂盐或钠盐，所述电解质盐于所述非水电解液中的质量百分比为8％～14％。

14、作为一较佳的技术方案，所述非水溶剂为γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯(gvl)、γ-己内酯(ema)、o-戊内酯(ema)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸亚丁基酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二丙酯(dpc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸甲丙酯(pmc)、碳酸乙丙酯(pec)、乙酸甲酯(ema)、乙酸乙酯(eac)、乙酸丙酯(npac)、丙酸甲酯(mp)、丙酸乙酯(eep)和丙酸丙酯(pp)中的一种或多种的组合。

15、本发明第四方面提供了一种碱金属电池，包括正极材料和负极材料，还包括上述的非水电解液。

16、作为一较佳的技术方案，所述正极材料包括钴酸锂材料、磷酸铁锂材料、镍钴锰氧化物或镍钴铝氧化物。

17、作为一较佳的技术方案，所述负极材料包括锂金属、锂合金、钠金属、钠合金、其他碱金属或合金。

技术特征：

1.一种咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，其特征在于，包括n,n，-硫羰基二咪唑和不饱和醇反应生成咪唑硫代甲酸酯类化合物。

2.根据权利要求1所述的咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述n,n，-硫羰基二咪唑与所述不饱和醇先于0℃混合，再加热至室温反应，最后经后处理得到所述咪唑硫代甲酸酯类化合物。

3.根据权利要求1所述的咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述不饱和醇为烯丙醇和炔丙醇中的任一种。

4.根据权利要求1所述的咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述咪唑硫代甲酸酯类化合物为化合物1和化合物2中的至少一种：

5.根据权利要求1～4任一项所述的咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法所制备的咪唑硫代甲酸酯类化合物于非水电解液中的应用。

6.非水电解液，包括电解质盐、非水溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括权利要求1～4任一项所述制备方法制备得到的咪唑硫代甲酸酯类化合物。

7.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于，所述咪唑硫代甲酸酯类化合物于所述非水电解液中的质量百分比为0.01％～2.00％。

8.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于，还包括成膜助剂，所述成膜助剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、亚磺酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯和磺酸乙烯酯中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于，所述电解质盐为锂盐或钠盐，所述电解质盐于所述非水电解液中的质量百分比为8％～14％。

10.碱金属电池，包括正极材料和负极材料，其特征在于，还包括权利要求6～9任一项所述的非水电解液，所述负极材料为锂金属、锂合金、钠金属和钠合金中的任一种。

技术总结
本发明提供了一种咪唑硫代甲酸酯类化合物的制备方法和应用。包括N,N’‑硫羰基二咪唑和不饱和醇反应生成咪唑硫代甲酸酯类化合物。通过本发明的制备方法能有效合成咪唑硫代甲酸酯类化合物，将其作为电解液添加剂应用于碱金属电池的非水电解液中能有效提升电池的电化学性能。

技术研发人员：谢金鑫,毛冲,杨乐文,杨富杰,张彩霞,徐尚杰,戴文梁,戴晓兵
受保护的技术使用者：合肥市赛纬电子材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21