專利名稱：有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，其制備方法及在鋰電池電解液中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)材料合 成和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一類含有機(jī)硅基團(tuán)和有機(jī)碳酸酯基團(tuán)的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，其制備及在鋰電池電解液功能添加齊IJ (或共溶劑)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有開(kāi)路電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、自放電小、應(yīng)用范圍寬、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，作為新型綠色電池，目前已廣泛地應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中。然而，隨著電子和通訊設(shè)備向更小、更輕和更高性能的方向迅速發(fā)展，人們對(duì)這些設(shè)備的電池性能提出了更高的要求。但是，由于目前商品化鋰離子電池負(fù)極材料石墨的理論容量只有372mAh/g，且第一次充放電循環(huán)又會(huì)產(chǎn)生很大的不可逆容量損失，因而開(kāi)發(fā)更高比能量的電池是電池產(chǎn)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。金屬鋰是已知金屬中原子量最小(Mw=6. 94)、電負(fù)性最負(fù)的金屬(_3. 045V)，因而當(dāng)其與適當(dāng)?shù)恼龢O材料匹配構(gòu)成電池時(shí)具有最高的電池電壓，其理論比容量可高達(dá)3860mAh/g,鋰電極的交換電流密度大、極化小，是最理想的電極材料，故金屬鋰在用于高能鋰電池負(fù)極方面具有相當(dāng)誘人的前景。其實(shí)，早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)有商品化的鋰金屬二次電池，但由于金屬鋰電極在充放電過(guò)程中存在一些不安全隱患(易產(chǎn)生鋰枝晶)和金屬鋰二次電池的循環(huán)效率偏低導(dǎo)致了其商品化以失敗告終。雖然目前金屬鋰二次電池技術(shù)仍然無(wú)法實(shí)用化，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，金屬鋰二次電池很有可能成為新一代的鋰二次電池，目前國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)及知名電池公司又重新研究金屬鋰二次電池，如鋰金屬電池、鋰空電池和鋰硫電池。如果枝晶問(wèn)題得到解決，它將有很大的市場(chǎng)潛力。目前，金屬鋰二次電池的研究主要集中在對(duì)電解質(zhì)體系的改進(jìn)研究和對(duì)鋰金屬負(fù)極的表面改性。在電解液中加入添加劑對(duì)鋰電極進(jìn)行表面改性，或直接對(duì)金屬鋰表面進(jìn)行預(yù)處理，使其表面預(yù)先形成性能良好的保護(hù)膜。Marchioni F.等人利用氯娃燒對(duì)金屬鋰片表面做預(yù)處理，并通過(guò)紅外反射吸收光譜、XPS和EDX對(duì)有機(jī)硅保護(hù)層進(jìn)行表征，DSC和EIS實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)氯娃燒處理的鋰片的熱性能和阻抗有明顯改善(Langmuir2007,23，11597-11602)。Dunn B.等人研究了硅酸四乙酯保護(hù)的金屬鋰片在ImA/cm2的條件下經(jīng)過(guò)100個(gè)循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，其阻抗沒(méi)有任何變化(J. Mater. Chem.，2011, 21，1593-1599)。另外，Neuhold S.研究了硅烷試劑中R取代基的大小對(duì)鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，R取代基為三甲基基團(tuán)或三苯基基團(tuán)時(shí)能增加電池的循環(huán)效率，而R取代基團(tuán)介于兩者之間的(如三異丙基基團(tuán))則降低電池循環(huán)壽命，這可能與硅烷在鋰金屬表面的覆蓋率有關(guān)(J. Power. Sources. 2012)。由此可見(jiàn),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型金屬鋰表面改性劑可有效提高金屬鋰電池的循環(huán)性能和安全性能，使得鋰金屬二次電池的趨向于實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類應(yīng)用范圍廣的含有機(jī)硅基團(tuán)和有機(jī)碳酸酯基團(tuán)的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，并提供了其制備方法以及用作功能添加劑或共溶劑在鋰電池中的應(yīng)用。本發(fā)明有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如式I示
權(quán)利要求
1.一類有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如式I所示
2.如權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(I)烯丙基甘油醚與硅氫烷通過(guò)硅氫化反應(yīng)制備有機(jī)硅烷取代的烯丙基甘油醚；(2)有機(jī)硅烷取代的烯丙基甘油醚與二氧化碳反應(yīng)制備目標(biāo)化合物。
3.如權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料在鋰電池電解液中的應(yīng)用。
4.如權(quán)利要求3所述的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料在鋰電池電解液中的應(yīng)用，其特征在于權(quán)利要求I所述含有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料作為電解質(zhì)添加劑或共溶劑應(yīng)用于鋰電池的電解液中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料，其制備方法及在鋰電池電解液中的應(yīng)用。本發(fā)明有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料化學(xué)結(jié)構(gòu)如式1所示，式1化合物含有機(jī)硅基團(tuán)和有機(jī)碳酸酯基團(tuán)，分子結(jié)構(gòu)中含有機(jī)碳酸酯部分有助于鋰離子的離解和傳導(dǎo)，有機(jī)硅功能團(tuán)能改進(jìn)金屬鋰的表面性能和提高材料的界面性能。本發(fā)明所述的有機(jī)硅功能化碳酸酯電解質(zhì)材料用作功能添加劑(或共溶劑)應(yīng)用于鋰電池電解液中，電解液包括鋰鹽，高介電常數(shù)溶劑或低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，和化學(xué)結(jié)構(gòu)如式1所示的化合物。該類材料也可以應(yīng)用于其它電化學(xué)儲(chǔ)能器件。式文檔編號(hào)H01M10/0567GK102746330SQ201210242429
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者付成華, 張靈志, 汪靖?jìng)?申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所