一种含磷酸酯盐成分的导电介质

技术领域

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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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

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))；

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)。

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。

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。

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。

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(OC

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：

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。

反应方程式如下：

(1)2HO-C2H4-OC2H

(2)PO(O-C2H4-OC2H

实施例2-磷酸酯钠盐溶液制造：

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。

反应方程式如下：

(1)2HO-C2H4-OC2H

(2)PO(O-C2H4-OC2H

(3)PO(O-C2H4-OC2H

(4)PO(O-C2H4-OC2H

实施例3-磷酸酯锂盐溶液制造：

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-OC2H