一种含磷酸酯盐成分的导电介质的制作方法

文档序号:33418546发布日期:2023-03-10 23:07阅读:30来源:国知局

1.本发明涉及一种新材料领域,具体是涉及一种含磷酸酯盐类成分的,非水溶液导电介质,用于钠、锂电池生产。


背景技术:

2.当前能查到的磷酸酯盐化合物,为磷酸十二烷基酯单钠盐、双钠盐、单钾盐、双钾盐,用作表面活性剂、植物生长激素、化妆品保湿剂,而含有磷酸酯锂盐类成分的导电介质,还没有开发出来。
3.当前锂电池的电解液是由溶质和溶剂组成,使用的溶质为:lipf6、libf4、liclo4、liasf6,这些化合都有毒、有害。使用的溶剂为:碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、丁内酯等,这些化合物沸点低、容易燃烧。电解质的锂盐换为钠盐溶解于有机溶剂中,即组成当前的钠电池有机电解液。
4.由这些无水、无羟基的溶质和溶剂组成的非水溶液导电介质,确保负极碳钠、碳锂化合物的安全存在环境。当前电解液选用溶质和溶剂的最大缺点是:溶质和溶剂在空间结构上、在衍生上没有关联,导致以下问题产生。(1)电解液稳定性差,充放电循环次数多了,电解质就会分解沉淀,导致电池容量和寿命下降。(2)电解质在溶剂中的饱和浓度低,电导率低,电池内电阻大,导致充电时间长。(3)电解液在气温低时,电解质接近饱和浓度,电解液的粘度和电阻同时增加,冬天电池,没有加热不能正常工作。(4)电解液生产成本高,导致电动车的性价比低于燃油车。(5)溶剂极易燃烧,钠、锂电池均存在使用安全问题。(6)溶质毒性大,钠、锂电池回收加工技术难度大、成本高、环境压力大。


技术实现要素:

5.本发明涉及一种含磷酸酯盐成分导电介质,这类电解质是有机官能团、离子溶质官、吸电官能团的统一体。这类导电介质,利用溶质与溶剂之间的衍生关系、空间结构相似关系,集阻燃、稳定、高离子浓度、高电导率、环保低毒于一体,而原料价格低、生产工艺简单,用于钠、锂电池生产,成本只有六氟磷酸盐成分导电介质的一半。
6.本发明具体特征是利用磷氧化合物上磷的三个键,一个做成-om
+
,可提供m
+
碱离子;余下的2个键做成卤素,如二氯磷酸盐,或做成酯,如磷酸二乙酯盐。也可以一个键做成酯,即溶剂官能团,一个键可以做成卤素,增加离子电离度。酯基用醇或醇钠、醇钾为原料,酯基采用多元醇或多元醇钠、多元醇钾为原料时,可生产琼脂态的多磷酸酯盐。将离子功能团、溶剂功能团、吸电官能团集成在磷原子上,生产出满足市场需求的导电介质。而磷氧化合物上的磷键,不接离子功能团,即为溶剂。
7.本发明所说的磷酸酯盐是钠盐和锂盐,包括含氟、氯的磷酸酯盐(如:乙氧基乙基
磷酸酯氯锂盐,结构式po(oc2h4oc2h5)(oli)cl),和不含卤素的磷酸酯盐(如:二乙氧基乙基磷酸酯锂盐-po(oc2h4oc2h5)2(oli));
8.本发明所说的磷酸酯盐中,构成酯基的原料包括:烃醇、酯肪醇、卤素烃醇、二元醇单醚、二元醇单酯、环氧丙醇等单元醇类及其醇钠、醇钾化合物,包括苯酚等能与磷酸形成酯的化合物;构成酯基的原料还包括:乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、二苯酚、甘油等多元醇及其醇钠、醇钾化合物,可生产琼脂态多磷酸盐,二磷酸酯盐如po(or)(oli)-o-r
’‑
o-po(or)(oli)。
9.本发明所说的构成酯基化合物更具体的,是指甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、丙烯醇、丁烯醇等烃醇及其醇锂、醇钠、醇钾化合物;卤素醇是指氯乙醇、氟乙醇、氯丙醇、氟丙醇等。
10.本发明所说的二元醇单醚和二元醇单酯中更具体的,二元醇是指:乙二醇、丙二醇、异丙二醇、丁二醇等二元醇;醚是指:甲醚、乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、叔丁醚等醚;单酯是指:甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯等酯类。
11.本发明所说的磷酸酯钠盐可与六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠等常用成分,混合组成溶质,用于钠电池生产。本发明所说的磷酸酯锂盐可与六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂等常用成分,混合组成溶质,用于锂电池生产。钠离子导电介质,用氯化锂醇溶液置换生成不溶于醇的氯化钠沉淀,得到锂离子导电介质。
12.本发明所说的磷酸酯溶剂,是磷氧化合物上的磷键,不接离子功能团的化合物,包括含卤素磷酸酯和不含卤素磷酸酯。含卤素的磷酸酯如一氯磷酸二乙酯(结构式po(oc2h5)2cl),不含卤素的磷酸酯如二乙氧基乙基磷酸甲酯(结构式po(oc2h
4-oc2h5)2(och3)),这些集成的磷酸酯化合物,作为阻燃溶剂,可与碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、亚硫酸乙烯酯等常用成分,混合组成溶剂,用于现有的钠、锂电池生产。
13.这类含有磷酸酯盐、磷酸酯成分的电解液,用于钠、锂电池生产,有以下特点:1、与传统的纯无机电解质不同,磷酸酯盐电解质本身含有酯类、卤素官能团,是离子官能团、溶剂官能团、吸电基团的统一体,与有机溶剂相溶性好。2、磷酸酯盐同电池正极lifepo4材料,都含有磷酸根,利于阳极离子传递。3、电解质和溶剂为衍生关系,空间结构相似,溶质溶解度大,提高电池使用寿命,电导率高,降低充电时间,导电介质稳定性好,可在低温下正常工作。4、原料价格低、生产工艺简单,含有磷酸酯盐和磷酸酯的非水溶液导电介质,成本只有传统有机电解液的一半。5、磷酸酯盐和磷酸酯组成的电解质,其最大特点是低毒、阻燃、安全环保。实施例1-溶剂制造:
14.将1000毫升的4口瓶玻璃反应瓶安装在水浴锅内,安装好搅拌器,温度计,倾斜安装玻璃冷凝管,冷凝管接通冷却水,冷凝管出口放250毫升的三瓶瓶接收,向1000毫升反应瓶加入乙二醇单乙醚270克,在0-50℃下,滴加三氯氧磷 190,反应完成后,加热脱除氯化氢,然后再抽真空脱除氯化氢,再滴加24%的甲醇钠溶液280克,反应完成后,加热脱除轻组份及过量的乙二醇单乙醚,冷却过滤除盐,得到300克二乙氧基乙基磷酸甲酯阻燃溶剂。
15.反应方程式如下:(1)2ho-c2h4-oc2h5+pocl3=po(o-c2h4-oc2h5)2cl+2hcl
(2)po(o-c2h4-oc2h5)2cl+naoch3=po(o-c2h4-oc2h5)2(och3)+nacl实施例2-磷酸酯钠盐溶液制造:
16.将1000毫升的4口瓶玻璃反应瓶安装在油浴锅内,安装好搅拌器,温度计,倾斜安装玻璃冷凝管,冷凝管接通冷却水,冷凝管出口放250毫升的三瓶瓶接收,向1000毫升反应瓶加入乙二醇单乙醚200克,二乙氧基乙基磷酸甲酯240 克,滴加三氯氧磷127克,反应完成后,再滴加90%的甲醇水溶液126克。反应完成后,加热常压脱除氯化氢,再真空脱尽氯化氢。在0-50℃下,滴加15%的甲醇钠溶液230克,反应完成后,加入原甲酸三甲酯20克,搅拌半小时后,过量的二乙氧基乙基磷酸酯转为二乙氧基乙基磷酸甲酯,再脱除轻组份,产品冷却后得到400克溶液,其溶质成分为二乙氧基乙基磷酸酯钠盐,溶剂成分为二乙氧基乙基磷酸甲酯,室温下测得电导率为6.2ms/cm。
17.反应方程式如下:(1)2ho-c2h4-oc2h5+pocl3=po(o-c2h4-oc2h5)2cl+2hcl(2)po(o-c2h4-oc2h5)2cl+h2o=po(o-c2h4-oc2h5)2(oh)+hcl(3)po(o-c2h4-oc2h5)2(oh)+ch3ona=po(o-c2h4-oc2h5)2(ona)+ch3oh(4)po(o-c2h4-oc2h5)2(oh)+ch(och3)3=po(o-c2h4-oc2h5)2(och3)+ cho(och3)+ch3oh实施例3-磷酸酯锂盐溶液制造:
18.向上述的磷酸酯钠盐溶液滴加15%氯化锂甲醇溶液80克,再加热脱除甲醇,静置分层,得上清液,测得室温下电导率为5.3ms/cm,反应议程式如下:po(o-c2h4-oc2h5)2(ona)+licl=po(o-c2h4-oc2h5)2(oli)+nacl。
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1