背景及概述[1][2]
(4-脒基)甲磺酰氟盐酸盐是一种磺酸盐衍生物,可用于锂电池电解液的制备。
制备[1]
将α-溴-对-腈(24.5g; 125mmol)和亚钠(17.0g; 135mmol)在50ml水中的混合物加热至回流并回流18小时。将该混合物在仍然热的同时倒入100ml饱和NaCl水溶液中。将得到的重白色沉淀物彻底冷却,通过抽滤收集,并用两份饱和NaCl水溶液和三份Et2O洗涤。在CaSO4上真空干燥后,以基本上定量的产率获得对氰基基甲基磺酸钠。
在干燥的500ml含有搅拌棒的圆底烧瓶中,向对氰基基甲基磺酸钠(11.0g; 50mmol)在150ml无水四氢呋喃(THF)的悬浮液中加入无水甲醇(4.0ml; 3.2g; 100mmol),将悬浮液在冰浴中冷却。将无水HCl以快速流的形式鼓入冷悬浮液中90分钟,然后将混合物在4℃搅拌4天。在旋转蒸发器上减压除去THF和过量的HCl,留下乳脂状残余物。将残余物悬浮在无水甲醇(150ml)中,并将混合物在室温下搅拌,同时逐滴加入甲醇氨直至混合物呈中性(用pH试纸测定)。将混合物在油浴中加热并在60℃-65℃的浴温下保持约3小时。偶尔检查pH,如果需要,加入另外的甲醇氨以保持中性。冷却至室温后,将混合物在冰箱中储存两天以完全沉淀。通过抽滤收集沉淀物并用EtOAc洗涤。真空干燥后,粗制对脒基基甲基磺酸盐的氢氯化物含量为10.7g(39mmol; 78%)。
在装有搅拌棒并装有回流冷凝器和CaCl2干燥管的100ml圆底烧瓶中,将制备干燥的对氨基基甲基磺酸铵盐(10.7g; 39mmol)和磷酰氯(50ml)混合。将混合物在油浴中加热,并在80℃(±3℃)的浴温下保持18小时。冷却至室温后,在旋转蒸发器上减压除去挥发性物质。将残余物与Et2O混合,通过抽滤收集固体物质,并用Et2O洗涤。将固体溶于约250ml含有1ml POCl3的CH3CN中,通过重力过滤,并将滤液过滤。浓缩直至形成致密的沉淀物。通过抽滤收集该沉淀物,用Et2O洗涤并真空干燥。对脒基基甲基磺酰氯盐酸盐的产量为4.2g(15.6mmol; 31%来自对氰基基甲基磺酸钠)。
在含有搅拌棒的50ml圆底烧瓶中,制备磺酰氯(1.0g; 3.7mmol)和氟化钠(0.5g; 11.9mmol)在CH3CN(30ml)中的混合物。在烧瓶上安装回流冷凝器和CaCl2干燥管,将混合物温和回流16小时。冷却后,将混合物通过重力过滤,并将滤液在旋转蒸发器上减压浓缩至干。将固体溶于约30ml丙酮中,加入60ml 1%HCl水溶液,在旋转蒸发器上减压浓缩溶液至小体积。冷却后,得到蓬松的白色针状产物,通过抽滤收集,用CH2Cl2洗涤并真空干燥。对脒基基甲基磺酰氟盐酸盐的熔点mp190℃-191℃为0.4g(1.6mmol; 43%)。
应用[2]
在锂离子电池中,负极材料可使用锂金属和碳材料,当锂金属作为负极材料时能 够提供大的容量和高的输出电压。目前使用的电解液主要由有机溶剂和锂盐组成,而此电 解液易与锂金属发生化学反应,造成锂金属表面不均匀钝化,从而在充放电过程中出现枝晶现象,使电池失效,并且有机溶剂易燃易爆存在安全隐患;且常规的锂电池寿命一般为 500个充放电循环,优异的可以达到600个充放电循环。电解液作为锂电池的重要组成部分,对于锂电池的寿命具有直接影响,传统的锂电池电解液内阻大,稳定性差,对温度敏感,尤其是处于高温环境,锂电池电解液的稳定性会急剧降低,存在极大的安全隐患。
CN201710067174.3提供一种锂电池用电解液及其制备方法,以解决上述背景技术 中提出的问题。为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:所述锂电池用电解液,按照重量份的主要原料为:二甲基亚砜8份、羟基脲10份、盐酸阿糖胞苷28份、聚乙烯吡咯烷酮7份、双三氟甲基磺酰亚胺钾4 份、六氟磷酸锂2份、2,4-二氯肼盐酸盐2份、三羟甲基氨基甲烷醋酸盐2份、(4-脒基)甲 磺酰氟盐酸盐2份、N,N-二甲基对二胺草酸盐0.9份。
一种锂电池用电解液的制备方法,具体步骤为:
首先,将六氟磷酸锂、2,4-二氯肼盐酸盐和二甲基亚砜浸泡在浓溶液中,随后转移到反应釜中并添加羟基脲、三羟甲基氨基甲烷醋酸盐和(4-脒基)甲磺酰氟盐酸盐,超声波震荡20-30min且在52-54℃下保温,后每隔2min分别加入盐酸阿糖胞苷、聚乙烯吡咯烷酮、双三氟甲基磺酰亚胺钾及N,N-二甲基对二胺草酸盐,搅拌均匀,即得。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
在电池充放电过程中,本发明制备的电解液抑制了电池在低温下的容量衰减,并能够减少电解液在高温条件下生成的气体量,有效地防止电池膨胀,提高电池的高温性能。
主要参考资料
[1] (US4303592) Amidinophenylmethylsulfonylfluoride
[2] CN201710067174.3 一种锂电池用电解液及其制备方法