CN107573371A - 环状二磺酸硅基酯及其制备方法 - Google Patents
环状二磺酸硅基酯及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种环状二磺酸硅基酯，包括如下结构式：
Description
技术领域
本发明涉及锂电池电解液添加剂制备技术领域，特别是涉及一种环状二磺酸硅基酯及其制备方法。
背景技术
磺酰基类化合物，尤其是磺酸酯类化合物，作为一种重要的医药中间体，在上世纪40年代已经广泛被开发合成。伴随着小型电子设备，如智能手机，手提电脑和平板电脑等的日益普及，锂电池的开发和使用进入了蓬勃发展的阶段；在追求其续航能力的同时，轻量化(便携性)、环保化(循环性)和安全化(稳定性)也越来越受到重视。同时，石化能源的日益枯竭和其不可再生性等因素，使得作为能源载体的锂电池被广泛用于小型交通工具，如电动助力车和电动汽车等，其对锂电池需求有着同样的标准。在此背景下，其作为锂电池电解液添加剂的用途，也在逐渐被开发和使用。
文献中，已报道关于链状二磺酸酯，环状磺酸酯以及链状磺酸硅基酯的合成以及用途。
1.专利CN1894822A公布了一种链状二磺酸酯，一种环状磺酸酯和一种环状二磺酸酯作为具有尖晶石结构的锂锰复合材料电池，在特定锂盐作电解质的情况下，添加0.1％～5％重量百分比的上述物质时，能有效在电极形成钝化膜，抑制电解液分解；有效改善了电池的充放电效率，循环性和储存能力且不损害电池。
2.专利CN201110239710公布了一种二磺酸酯具体为甲烷二磺酸亚甲酯简单有效的合成方法：甲烷二磺酸、五氧化二磷和甲醛化合物，利用研磨在丙酮，乙腈等助磨剂作用下，在0～80℃进行反应，可以得到上述二磺酸酯；该化合物可用作锂电池电解液添加剂，尤其是以锰酸锂作正极材料的二次电池中，能有效防止锰吸附在负极材料，从而提高电池循环寿命。另外的，关于链状磺酸酯的合成方法公布在J.Am.Pham.Assoc.Vol.126.Pages485-493(1937)等文献资料中；环状二黄酸酯的合成方法公布在日本专利No.5-44946和美国专利No.4950768中。
3.专利CN1822423A公布了一种链状硅磺酸酯作为锂电池电解液添加剂的用途，特定为三甲基甲硅烷基三氟甲烷磺酸酯，其在特定锂盐如六氟磷酸锂等，特定单一或混合电解液如碳酸二甲酯等，加入0.1％～10％，优选0.1％～5％质量分数的该化合物，可以在负极表面成膜，从而改进电解质低温下电化学特性。
4.专利CN101197456A同样公布了一种链状硅磺酸酯作为锂电池电解液添加剂的应用方法。
目前，关于二磺酸硅基酯的制备却鲜有报道。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种环状二磺酸硅基酯及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种环状二磺酸硅基酯，包括如下结构式：
式中：R1、R2为相同或不同的烃基。
在本发明一个较佳实施例中，所述R1、R2代表的烃基包括甲基、乙基、乙烯基或苯基。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种环状二磺酸硅基酯的制备方法，包括如下步骤：
将亚甲基二磺酸或通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐与通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷、通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷或通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷在溶剂中按一定的摩尔比反应，控制反应的温度和时间，反应结束后，分离去除溶剂和副产物，得到所述环状二磺酸硅基酯；
其中，通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐的结构式为：或
通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷的结构式为：
通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷的结构式为：
通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷的结构式为：
上述通式中，M为一价金属离子，Z为二价金属离子；
X、Y为相同或不同的易水解活性官能团；
R3为氢原子、甲基、乙基、丙基、苯基或烯丙基；
n为3～7的整数。
在本发明一个较佳实施例中，所述一价金属离子为碱金属离子或过渡金属离子；所述二价金属离子为碱土金属离子或过渡金属离子；所述碱金属离子为锂离子、钠离子或钾离子；所述碱土金属离子为镁离子、钙离子、锶离子或钡离子；所述过渡金属离子为亚铁离子、锌离子、铜离子或银离子。
在本发明一个较佳实施例中，所述易水解活性官能团为卤素、烷氧基、酰氧基、酰胺基、烯氧基、胺基、肟基或羟胺基；其中，所述卤素为氟、氯、溴或碘。
在本发明一个较佳实施例中，所述反应的温度为-20℃～200℃，时间为0.5～50h。
在本发明一个较佳实施例中，所述亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基二活性官能团硅烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～10:3～50。
在本发明一个较佳实施例中，所述亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基环硅氧烷或二烃基环硅氮烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～5:3～50。
在本发明一个较佳实施例中，所述溶剂为脂肪烃类、卤代烃类、芳香烃类、醚类、酮类、酯类、酰胺类、腈类和咪唑啉酮类溶剂中的一种或两种及两种以上的组合。
在本发明一个较佳实施例中，所述脂肪烃类溶剂为正己烷、环己烷或庚烷；所述卤代烃类溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷或二氯丙烷；所述芳香烃类溶剂为甲苯、氯苯、氟苯或二甲苯；所述醚类溶剂为甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、二氧戊环或二氧六环；所述酮类溶剂为丙酮、丁酮、环己酮或甲基异丁基酮；所述酯类溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯；所述酰胺类溶剂为二甲基甲酰胺；所述腈类溶剂为乙腈；所述咪唑啉酮类溶剂为二甲基咪唑啉酮。
本发明的有益效果是：本发明通过特殊的原料选择及合成工艺设计，开创性制备得到具有不同取代基的环状二磺酸硅基酯，能够有效提高锂二次电池的常温、高温循环性能和高温存储性能，降低电池在高温存储过程中的厚度膨胀；其制备方法工艺步骤简单，可实施性强，所得产物纯度高，色谱纯度达到99％以上，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
本发明揭示了一种环状二磺酸硅基酯，包括如下结构式：
式中：R1、R2为相同或不同的烃基，该烃基包括甲基、乙基、乙烯基或苯基。
上述环状二磺酸硅基酯的制备方法，包括如下步骤：
将亚甲基二磺酸或通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐与通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷在溶剂中，按照亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基二活性官能团硅烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～10:3～50的比例进行反应；
或将亚甲基二磺酸或通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐与通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷在溶剂中，按照亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基环硅氧烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～5:3～50的比例进行反应；
或将亚甲基二磺酸或通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐与通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷按照亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基环硅氮烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～5:3～50的比例进行反应；
控制反应的温度为-20℃～200℃，时间为0.5～50h，待反应结束后，分离去除溶剂和副产物，得到上述结构式的环状二磺酸硅基酯；
其中，
通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐的结构式为：或
通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷的结构式为：
通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷的结构式为：
通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷的结构式为：
上述通式中，M为一价金属离子，Z为二价金属离子；
具体为：所述一价金属离子为碱金属离子或过渡金属离子；所述二价金属离子为碱土金属离子或过渡金属离子；所述碱金属离子为锂离子、钠离子或钾离子；所述碱土金属离子为镁离子、钙离子、锶离子或钡离子；所述过渡金属离子为亚铁离子、锌离子、铜离子或银离子。
X、Y为相同或不同的易水解活性官能团；该易水解活性官能团为卤素、烷氧基、酰氧基、酰胺基、烯氧基、胺基、肟基或羟胺基；其中，卤素为氟、氯、溴或碘。
R3为氢原子、甲基、乙基、丙基、苯基或烯丙基；
n为3～7的整数。
所述溶剂为脂肪烃类、卤代烃类、芳香烃类、醚类、酮类、酯类、酰胺类、腈类和咪唑啉酮类溶剂中的一种或两种以上的组合。
具体地，所述脂肪烃类溶剂为正己烷、环己烷或庚烷；
所述卤代烃类溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷或二氯丙烷；
所述芳香烃类溶剂为甲苯、氯苯、氟苯或二甲苯；
所述醚类溶剂为甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、二氧戊环或二氧六环；
所述酮类溶剂为丙酮、丁酮、环己酮或甲基异丁基酮；
所述酯类溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯；
所述酰胺类溶剂为二甲基甲酰胺；
所述腈类溶剂为乙腈；
所述咪唑啉酮类溶剂为二甲基咪唑啉酮。
实施例1
1mol甲基二磺酸钠加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：氟苯1mol、二氯乙烷1mol和二甲基甲酰胺1mol，搅拌下滴加1mol二甲基二氯硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至80～85℃回流反应12小时，冷却至10℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氯乙烷和二甲基甲酰胺，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式为的目标产物98g，纯度99.6％。
实施例2
1mol甲基二磺酸银加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的二氧六环50mol，搅拌下滴加5mol甲基乙烯基二溴硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至100～105℃回流反应25小时，冷却至5℃左右，抽滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氧六环和过量的甲基乙烯基二溴硅烷，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式为的目标产物116g，纯度99.3％。
实施例3
1mol甲基二磺酸钡加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的N,N-二甲基咪唑啉酮15mol，搅拌下滴加10mol甲基苯基二氯硅烷，滴加完后，继续搅拌1.5小时，然后加热至190～200℃反应8小时，冷却至20℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除氟苯、N,N-二甲基咪唑啉酮和过量的甲基苯基二氯硅烷，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式为的目标产物76g，纯度99.7％。
实施例4
1mol甲基二磺酸锂加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至-20℃，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：乙腈10mol和丙酸乙酯10mol，搅拌下滴加1mol二苯基二氟硅烷，滴加完后，继续搅拌20小时，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除乙腈和丙酸乙酯，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式为的目标产物98g，纯度99.1％。
实施例5
3mol甲基二磺酸锌加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：正庚烷5mol和甲基异丁基酮60mol，搅拌下滴加0.3mol二乙基氯碘硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至60～70℃反应50小时，冷却至0℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除正庚烷和甲基异丁基酮，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式为的目标产物32g，纯度99.2％。
实施6
1mol甲基二磺酸与1mol氯苯共沸脱水至水分5ppm以下。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：二氯乙烷1mol和二甲基甲酰胺1mol，搅拌下滴加1mol二甲基甲氧基氯硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至80～85℃回流反应12小时，冷却至10℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氯乙烷和二甲基甲酰胺，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式为的目标产物89g，纯度99.7％。
实施例7
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的二氧六环50mol，搅拌下滴加5mol甲基乙烯基二乙酰氧基硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至100～105℃回流反应25小时，冷却至5℃左右，抽滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氧六环和过量的甲基乙烯基二溴硅烷以及低沸点副产物，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式为的目标产物119g，纯度99.3％。
实施例8
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的N,N-二甲基咪唑啉酮15mol，搅拌下滴加10mol甲基苯基二甲酰胺基硅烷，滴加完后，继续搅拌1.5小时，然后加热至190～200℃反应8小时，冷却至20℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除氟苯、N,N-二甲基咪唑啉酮和过量的甲基苯基二甲酰胺基硅烷，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式为的目标产物68g，纯度99.4％。
实施例9
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至-20℃，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：乙腈10mol和丙酸乙酯10mol，搅拌下滴加1mol二苯基二甲胺基硅烷，滴加完后，继续搅拌20小时，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除乙腈和丙酸乙酯以及低沸副产物，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式的目标产物101g，纯度99.2％。
实施例10
3mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：正庚烷5mol和甲基异丁基酮60mol，搅拌下滴加0.3mol二乙基二烯丙氧基硅烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至60～70℃反应50小时，冷却至0℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除正庚烷和甲基异丁基酮，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物35g，纯度99.5％。
实施例11
1mol甲基二磺酸与1mol氯苯共沸脱水至水分5ppm以下。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：二氯乙烷1mol和二甲基甲酰胺1mol，搅拌下滴加5mol六甲基环三硅氧烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至80～85℃回流反应12小时，冷却至10℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氯乙烷、二甲基甲酰胺、六甲基环三硅氧烷和低沸副产物，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物99g，纯度99.5％。
实施例12
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的二氧六环50mol，搅拌下滴加2mol1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至100～105℃回流反应25小时，冷却至5℃左右，抽滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氧六环和过量的1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷以及低沸点副产物，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物104g，纯度99.6％。
实施例13
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的N,N-二甲基咪唑啉酮15mol，搅拌下滴加0.1mol1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四苯基环四硅氧烷，滴加完后，继续搅拌1.5小时，然后加热至190～200℃反应8小时，冷却至20℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除氟苯和N,N-二甲基咪唑啉酮，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式的目标产物46g，纯度99.3％。
实施例14
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至-20℃，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：乙腈10mol和丙酸乙酯10mol，搅拌下滴加0.2mol八苯基环四硅氧烷，滴加完后，继续搅拌20小时，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除乙腈和丙酸乙酯以及低沸副产物，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式的目标产物51g，纯度99.7％。
实施例15
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：正庚烷2mol和甲基异丁基酮20mol，搅拌下滴加0.2mol十乙烯基环五硅氧烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至60～70℃反应50小时，冷却至0℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除正庚烷和甲基异丁基酮，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物37g，纯度99.6％。
实施例16
1mol甲基二磺酸与1mol氯苯共沸脱水至水分5ppm以下。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：二氯乙烷1mol和二甲基甲酰胺1mol，搅拌下滴加5mol六甲基环三硅氮烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至80～85℃回流反应12小时，产生的氨气吸收，冷却至10℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氯乙烷、二甲基甲酰胺、六甲基环三硅氮烷和低沸副产物，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物99g，纯度99.3％。
实施例17
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的二氧六环50mol，搅拌下滴加2mol八甲基环四硅氮，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至100～105℃回流反应25小时，吸收产生的氨气，将体系冷却至5℃左右，抽滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除二氧六环和过量的八甲基环四硅氮以及低沸点副产物，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物104g，纯度99.5％。
实施例18
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的N,N-二甲基咪唑啉酮15mol，搅拌下加入0.1mol十二甲基环四硅氮烷，加完后，继续搅拌1.5小时，然后加热至190～200℃反应8小时，冷却至20℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除氟苯和N,N-二甲基咪唑啉酮，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式的目标产物32g，纯度99.7％。
实施例19
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至-20℃，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：乙腈10mol和丙酸乙酯10mol，搅拌下加入0.2mol1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四苯基环四硅氮烷，加完后，继续搅拌20小时，吸收产生的氨气，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除乙腈和丙酸乙酯以及低沸副产物，经多次重结晶提纯和LC-MS分析，得到结构式的目标产物62g，纯度99.7％。
实施例20
1mol甲基二磺酸加入装有温度计、磁力搅拌、回流冷凝器、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，100℃左右的油浴加热、微小氮气流下，负压脱水2小时。降温至室温，用氮气袋消除真空，迅速加入已脱水至水分5ppm以下的溶剂：正庚烷2mol和甲基异丁基酮20mol，搅拌下滴加0.25mol1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氮烷，滴加完后，继续搅拌1小时，然后加热至60～70℃反应50小时，吸收产生的氨气，体系冷却至0℃左右，压滤，滤液转入旋转蒸发器中负压蒸除正庚烷和甲基异丁基酮，经多次重结晶提纯和GC-MS分析，得到结构式的目标产物42g，纯度99.4％。
将上述化合物加入电解液中，用于锂二次电池，并进行相关的性能测试。
测试例1
将上述实施例1、6、11、16、17或18制备的结构式为的化合物1加入锂盐、非水有机溶剂和第二添加剂中，制备成锂二次电池电解液，用于锂二次电池。其中，所述锂盐为占电解液总质量10.0％的六氟磷酸锂；所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯，占电解液总质量的87.0％，质量比为1:2；所述第二添加剂为碳酸亚乙烯酯，占电解液总质量的1.0％；所述化合物1的添加量占电解液总质量的1.0％。
对比例1
依照上述方法制备锂二次电池电解液，用于锂二次电池，只是在锂二次电池电解液中不添加化合物1。
测试例2
将上述实施例5、10或15制备的结构式为的化合物2加入锂盐、非水有机溶剂和第二添加剂中，制备成锂二次电池电解液，用于锂二次电池。其中，所述锂盐为占电解液总质量15％的六氟磷酸锂；所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯，占电解液总质量的81.5％,质量比为4:1:5；所述第二添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯，分别占电解液总质量的0.5％、2.0％；所述化合物2的添加量占电解液总质量的1.0％。
对比例2
依照上述方法制备锂二次电池电解液，用于锂二次电池，只是在锂二次电池电解液中不添加化合物2。
测试例3
将上述实施例2、7、12或20制备的结构式为的化合物3加入锂盐、非水有机溶剂和第二添加剂中，制备成锂二次电池电解液，用于锂二次电池。其中，所述锂盐为占电解液总质量10.0％的六氟磷酸锂；所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合物，占电解液总质量的83.5％，质量比为3:5:2；所述第二添加剂为氟代碳酸乙烯酯，占电解液总质量的0.5％；所述化合物3的添加量占电解液总质量的1.0％。
对比例3
依照上述方法制备锂二次电池电解液，用于锂二次电池，只是在锂二次电池电解液中不添加化合物3。
测试例4
将上述实施例3、8、13或19制备的结构式为的化合物4加入锂盐、非水有机溶剂和第二添加剂中，制备成锂二次电池电解液，用于锂二次电池。其中，所述锂盐为占电解液总质量11.5％的双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂；所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合物，占电解液总质量的84.5％，质量比为3:5:2；所述第二添加剂为碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯，分别占电解液总质量的0.5％和1.0％；所述化合物4的添加量占电解液总质量的1.5％。
对比例4
依照上述方法制备锂二次电池电解液，用于锂二次电池，只是在锂二次电池电解液中不添加化合物4。
测试例5
将上述实施例4、9或14制备的结构式为的化合物加入锂盐、非水有机溶剂和第二添加剂中，制备成锂二次电池电解液，用于锂二次电池。其中，所述锂盐为占电解液总质量10.0％的六氟磷酸锂；所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合物为非水有机溶剂，占电解液总质量的83.5％，质量比为3:5:2；所述第二添加剂为氟代碳酸乙烯酯，占电解液总质量的3.0％；所述化合物5的添加量占电解液总质量的1.5％。
对比例5
依照上述方法制备锂二次电池电解液，用于锂二次电池，只是在锂二次电池电解液中不添加化合物5。
测试例6
依照测试例5的方法制备锂二次电池，不同的是不添加第二添加剂。
将上述对所有测试例1～5和所有对比例1～5所得电池进行如下实验：
循环实验：将测试例1～5和对比例1～5所得电池在分别在室温25℃和高温55℃下以0.5C/0.5C的充放电倍率进行充放电循环测试，分别记录第500次和第500次循环放电容量并除以第1次循环放电容量即得容量保持率，记录结果如表1。
高温存储实验：将测试例1～5和对比例1～5的电池先在室温下以0.5C/0.5C的充放电倍率在3.0～4.2V充放电3次，再以0.5C充电至4.2V，记录电池的厚度。将电池放置在60℃烘箱中存储15天，记录电池的厚度。第二次记录电池的厚度除以第一次记录电池的厚度即为电池膨胀率。结果记录如表1。
表1实施例和对比例的测试结果
通过以上数据可以明显看出，环状二磺酸硅基酯添加剂对锂电池容量保持率和高温循环影响明显，本发明采用环状二磺酸硅基酯化合物作为电解液添加剂具有突出的优势，主要表现在电池的常温高温循环容量保持率和高温存储后电池膨胀率。测试例1～5明显优于其对比例，同时实施例6结果显示，在不含第二添加剂的情况下，电池也具有很好的高温、常温循环性能以及高温存储性能。因此使用本发明的电解液制备的电池能获得更好的常温、高温循环性能，降低电池在高温存储过程中的厚度膨胀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环状二磺酸硅基酯，其特征在于，包括如下结构式：
式中：R1、R2为相同或不同的烃基。
2.根据权利要求1所述的环状二磺酸硅基酯，其特征在于，所述R1、R2代表的烃基包括甲基、乙基、乙烯基或苯基。
3.一种如权利要求1或2所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将亚甲基二磺酸或通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐与通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷、通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷或通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷在溶剂中按一定的摩尔比反应，控制反应的温度和时间，反应结束后，分离去除溶剂和副产物，得到所述环状二磺酸硅基酯；
其中，通式(Ⅰ)的亚甲基二磺酸盐的结构式为：
通式(Ⅱ)的二烃基二活性官能团硅烷的结构式为：
通式(Ⅲ)的二烃基环硅氧烷的结构式为：
通式(Ⅳ)的二烃基环硅氮烷的结构式为：
上述通式中，M为一价金属离子，Z为二价金属离子；
X、Y为相同或不同的易水解活性官能团；
R3为氢原子、甲基、乙基、丙基、苯基或烯丙基；
n为3～7的整数。
4.根据权利要求3所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述一价金属离子为碱金属离子或过渡金属离子；所述二价金属离子为碱土金属离子或过渡金属离子；所述碱金属离子为锂离子、钠离子或钾离子；所述碱土金属离子为镁离子、钙离子、锶离子或钡离子；所述过渡金属离子为亚铁离子、锌离子、铜离子或银离子。
5.根据权利要求3所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述易水解活性官能团为卤素、烷氧基、酰氧基、酰胺基、烯氧基、胺基、肟基或羟胺基；其中，所述卤素为氟、氯、溴或碘。
6.根据权利要求3所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为-20℃～200℃，时间为0.5～50h。
7.根据权利要求3所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基二活性官能团硅烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～10:3～50。
8.根据权利要求3所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述亚甲基二磺酸或亚甲基二磺酸盐与二烃基环硅氧烷或二烃基环硅氮烷和溶剂的摩尔比为1:0.1～5:3～50。
9.根据权利要求3、7或8所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述溶剂为脂肪烃类、卤代烃类、芳香烃类、醚类、酮类、酯类、酰胺类、腈类和咪唑啉酮类溶剂中的一种或两种及两种以上的组合。
10.根据权利要求9所述的环状二磺酸硅基酯的制备方法，其特征在于，所述脂肪烃类溶剂为正己烷、环己烷或庚烷；所述卤代烃类溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷或二氯丙烷；所述芳香烃类溶剂为甲苯、氯苯、氟苯或二甲苯；所述醚类溶剂为甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、二氧戊环或二氧六环；所述酮类溶剂为丙酮、丁酮、环己酮或甲基异丁基酮；所述酯类溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯；所述酰胺类溶剂为二甲基甲酰胺；所述腈类溶剂为乙腈；所述咪唑啉酮类溶剂为二甲基咪唑啉酮。
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