专利名称：含氰基高介电常数有机硅电解质材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学技术领域，尤其涉及一类含氰基高介电常数有机硅电解质材料。
背景技术：
目前，锂离子电池产业中所使用的电解质材料 主要是有机碳酸酯类化合物和 LiPF6-盐体系，体系的工作模式在技术上仍然存在安全性隐患，其主要原因是碳酸酯类有 机电解质材料具有很高的可燃性，因此安全性存在巨大的隐患，尤其是在要求高安全性、大 容量和高倍率放电的混合动力和全电汽车应用领域，安全性问题是制约这些材料应用的重 要因素。因此，国内外都在积极地研究开发安全、有效和环境友好的新一代有机电解质材 料。聚氧化乙烯(PEO)是最早开发的并被应用于锂粒离子电池的聚合物电解质材 料，然而PEO的离子电导率较低，限制了其应用。为解决PEO的低电导率问题，West等 人在专利中公开了一类含碳酸酯基有机硅液态和聚合物电解质材料(US2006035154-A1， US2004248014-A1)，高介电常数基团碳酸酯基提高材料的高介电常数，有利于离子的离解， 从而提高材料的离子电导率。Egashira(J. Power Sources, 18 (2004) 240-244)报道了含氰 基的饱和脂肪族季铵盐离子液体，发现氰基有利于离子的离解。国际专利W0200519185公 开了一种含氰基的五元或六元芳香杂环离子液体，中国专利CN101085762A公开了一种含 氰基的基于吗啉阳离子的离子液体化合物。有机硅电解质材料和离子液体材料都具有高安 全性，但是这些材料合成方法较复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全、有效、应用范围广的含氰基高介电常数有机硅电 解质材料。本发明涉及的含氰基高介电常数有机硅电解质材料的化学结构式如下式I 其中R1,R2,R3选自相同或不同的Cl-ClO烷基或烷氧基，其中至少有一个基团为如 (CH2)nO(CH2CH2O)mCH3结构的烷氧基团，n，m为0_10的整数；R4为C1-C20烷基。本发明的原理是，在有机硅基含EO单元的材料结构中引入强极性氰基，在提高材 料的高介电常数，同时保留有机硅材料的安全性。本发明含氰基高介电常数有机硅电解质材料可作为电解质材料或添加剂应用锂 离子电池，此外还可以作为电解质材料应用于其它电化学储能器件(如电解电容和超级电 容)及其它光电器件(如有机太阳能电池等)。
图1是本发明实施例1-3含氰基高介电常数有机硅电解质材料的玻璃化转变温度 曲线。图2是本发明实施例1-3含氰基高介电常数有机硅电解质材料的离子电导率随温 度变化曲线(IMLiTFSI)。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。实施例的合成反应式如下 如上述反应式所示，以下实施例的第一步是合成3-丙基腈-二甲基氯硅烷，过程 如下在0°C下，二甲基氯硅烷(6. 7g,71mmol)慢慢滴入丙烯腈(4. 8g,71.6mmol) 和5mol %钼催化剂中，50 0C加热16h，直接通过减压蒸馏得到无色液体产物， b. ρ· 42 0C /0. 2Torr01H-WlUeOOMHz5CDCl3) δ = 0. 536 (S，6Η，SiCH3)，1. 074 (m，2H，SiCH2)，1. 892 (m， 2H, SiCH2CH2)，2. 51 (t，2H，J = 7. 2，CH2CN)；13C NMR (600MHz, CDC13) -O. 001，16. 688，18. 195，18. 635，117. 889.实施例1 :3-丙基腈-甲氧基乙氧基-二甲基硅烷(E01SiC3CN)的合成3-丙基腈-二甲基氯硅烷(10g，61.8mmOl)慢慢滴入乙二醇单甲醚(4. 8g， 63. lmmol)和等当量三乙胺的四氢呋喃中，加热回流18h，过滤后旋转蒸发除去溶剂，通过 减压蒸馏得到无色液体产物，b. p. 550C /0. 2Torr。1H-WlUeOOMHz, CDCl3) δ = 0. 145(s，6H，SiCH3) ,0. 764(m，2H，SiCH2)，1· 738 (m， 2H, SiCH2CH2)，2· 382 (t，2H，J = 7· 0，CH2CN)，3· 378 (s，3Η，OCH3)，3. 433 (J = 4·8Ηζ，，2Η， CH3OCH2CH2)，3· 738 (t，J = 4. 8Ηζ，2Η，CH2CH2OS i)，3· 74(t，2H，J = 7. OHz，CH2OSi)；、13C NMR(600MHz, CDCl3) :0. 001，18. 159，22. 108，22. 654，61. 170，64. 368，76. 136， 121. 959 ；29Si (600MHz, CDC13) :15· 647ppm。实施例2 3-丙基腈-甲氧基二乙氧基-二甲基硅烷(E02SiC3CN)的合成用二乙二醇单甲醚为反应物，采用实施例1相同的合成方法，产物通过减压蒸馏 得到无色液体，b. p. 108-110°C /0. 2Torr01H-WlUeOOMHz, CDCl3) δ = 0. 114(s，6H，SiCH3) ,0. 732 (m, 2H, SiCH2)，1· 713 (m，2H, SiCH2CH2)，2. 358 (t,2H, J = 7· 0，CH2CN)，3. 65 (s, 3Η, OCH3)，3. 53 (m, 4H, CH3OCH2CH2)， 3. 62(m，2H，CH2CH2OSi)，3. 74(t，2H，J = 7. OHz，CH2OSi)；13C NMR(600MHz，CDC13) -O. 001, 18. 195, 18. 065,22. 082,22. 311,60. 898, 64. 404，72. 597，74. 072，74. 666，121. 842 ；
29Si (600MHz, CDC13) 15. 9ppm。实施例3 3-丙基腈-甲氧基三乙氧基-二甲基硅烷(E03SiCSCN)的合成用三乙二醇单甲醚为反应物，采用实施例1相同的合成方法，产物通过减压蒸馏 得到无色液体，b. p. 125-127°C /0. 2Torr01H-WlUeOOMHz, CDC13) δ = 0. 108(s，6H，SiCH3) ,0. 726 (m, 2H, SiCH2)，1· 71 (m， 2H, SiCH2CH2)，2. 356 (t，2H，J = 7· 0，CH2CN)，3. 57 (s, 3Η, OCH3)，3. 526 (m, 4H, CH3OCH2CH2)， 3. 618(m，4H，CH2CH2OSi)，3. 16(t，2H，J = 5. 2Hz, CH2OSi)；13C NMR(600MHz, CDCl3) :0. 018，18. 114，22. 071，22. 534，61. 067，64. 407，72. 623， 72. 658，72. 730，74. 078，74. 665，121. 942 ；29Si (600MHz, CDC13) :15· 6ppm。实施例1-3所得的含氰基高介电常数有机硅电解质材料的物理化学性质数据如 表1所示表 1 从附图和表1中可以看出，本发明含氰基有机硅电解质材料具有较高的高介电常 数(达到 12)和离子电导率，而具有类似结构无氰基有机硅材料的高介电常数为4-5 (J. Mater. Chem.，18(2008)，3713)。
权利要求
一种含氰基高介电常数有机硅电解质材料，其特征在于其结构式如下式I其中，R1，R2，R3选自相同或不同的C1-C10烷基或烷氧基，其中至少有一个基团为如(CH2)nO(CH2CH2O)mCH3结构的烷氧基团，n，m为0-10的整数；R4为C1-C20烷基。FSA00000142039300011.tif
2.如权利要求1所述的含氰基高介电常数有机硅电解质材料，其特征在于所述札，R2 为甲基。
全文摘要
本发明提供了一种安全、有效、应用范围广的含氰基高介电常数有机硅电解质材料。其化学结构式如式I。其中R1，R2，R3选自相同或不同的C1-C10烷基或烷氧基，其中至少有一个基团为如(CH2)nO(CH2CH2O)mCH3结构的烷氧基团，n，m为0-10的整数；R4为C1-C20烷基。本发明含氰基高介电常数有机硅电解质材料可作为电解质材料或添加剂应用锂离子电池，此外还可以作为电解质材料应用于其它电化学储能器件(如电解电容和超级电容)及其它光电器件(如有机太阳能电池等)。
文档编号H01M10/056GK101859913SQ201010182978
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者张灵志, 雍天乔 申请人:中国科学院广州能源研究所