CN108123175A - 用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液 - Google Patents

用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN108123175A
CN108123175A CN201611068106.0A CN201611068106A CN108123175A CN 108123175 A CN108123175 A CN 108123175A CN 201611068106 A CN201611068106 A CN 201611068106A CN 108123175 A CN108123175 A CN 108123175A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amide compound
synthetic method
amine
fluorine
propyl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611068106.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108123175B (zh
Inventor
申大卫
臧旭峰
费震宇
钮博翔
邢玉金
郑卓群
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weihong Advanced Materials Co
Original Assignee
Microvast Power Systems Huzhou Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microvast Power Systems Huzhou Co Ltd filed Critical Microvast Power Systems Huzhou Co Ltd
Priority to CN201611068106.0A priority Critical patent/CN108123175B/zh
Publication of CN108123175A publication Critical patent/CN108123175A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108123175B publication Critical patent/CN108123175B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C231/00—Preparation of carboxylic acid amides
    • C07C231/02—Preparation of carboxylic acid amides from carboxylic acids or from esters, anhydrides, or halides thereof by reaction with ammonia or amines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C233/00—Carboxylic acid amides
    • C07C233/01—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms
    • C07C233/02—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having nitrogen atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to carbon atoms of unsubstituted hydrocarbon radicals
    • C07C233/04—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having nitrogen atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to carbon atoms of unsubstituted hydrocarbon radicals with carbon atoms of carboxamide groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton
    • C07C233/05—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having nitrogen atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to carbon atoms of unsubstituted hydrocarbon radicals with carbon atoms of carboxamide groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton having the nitrogen atoms of the carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/30—Preparation of carboxylic acid nitriles by reactions not involving the formation of cyano groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/24—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms containing cyano groups and singly-bound nitrogen atoms, not being further bound to other hetero atoms, bound to the same saturated acyclic carbon skeleton
    • C07C255/29—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms containing cyano groups and singly-bound nitrogen atoms, not being further bound to other hetero atoms, bound to the same saturated acyclic carbon skeleton containing cyano groups and acylated amino groups bound to the carbon skeleton
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • H01M2300/0042—Four or more solvents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液。所述酰胺化合物的合成方法包括：羧酸酯与仲胺反应得到酰胺化合物其中，R1选自卤素取代烷基或氰基取代烷基；R2，R3分别选自烃基，或R2，R3分别选自含有硼、硅、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴及碘中至少一种元素的有机基团；其中，所述R1、R2、R3为独立取代基团；或所述R1、R2与R3中至少两个联合成环。使用本发明合成的酰胺化合物中残留的有害物质少，杂质含量少，产率高，不仅能够适用于路易斯酸存在的以LiPF6为电解质盐的非水电解液体系，也能够适用于含有高价态的过渡金属元素的正极材料的碱金属离子二次电池。

Description

用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合 物及非水电解液
技术领域
本发明涉及一种用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液。
背景技术
目前，常见的碱金属离子二次电池用非水电解液是以LiPF6为电解质混合碳酸酯溶剂构成的体系，碳酸酯溶剂多为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)与碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂。电池充放电过程中的电化学行为诱发碳酸酯与金属元素之间的反应(电极中含有铁、镍、钴、锰、钛等具有催化活性的过渡金属元素)，轻则释放出气体，电池鼓包，导致电池性能劣化，重则因电池结构变形导致电池内部短路，引发热失控甚至发生燃烧、爆炸等安全事故。另外，随着动力电池往高能量密度发展，对溶剂的电化学窗口也提出更高要求，希望电解液可以在更宽泛的电压范围内工作。为了提升非水二次电池的性能以及安全，扩大其应用领域，使用分子结构稳定(或者电化学窗口宽)且难燃或不燃的有机溶剂以替代或者部分替代碳酸酯，是该领域主要研究方向之一。
羧酸酯、亚硫酸酯、磺酸酯、磷酸酯、砜、醚、酰胺、腈、有机硅化合物、有机硼化合物以及离子液体，都是有望替代碳酸酯的溶剂。然而，除羧酸酯被少量应用之外，其它溶剂尚未实现商用，其中酰胺更少地被纳入研究对象。2002年，US 2002/0042003 A1公开了一种含有氟化酰胺的锂离子电池用电解液，该专利公开了该电解液的组成及性能参数，但该专利未公开氟化酰胺化合物的合成方法。
目前最常见的方法是两步合成法：首先羧酸与胺在较低温度下反应得到胺盐，接着得到的胺盐在较高温度下发生脱水生成酰胺化合物。也有研究人员通过酰氯与胺反应制得酰胺化合物。但是，这两种方法合成得到的酰胺化合物中残留的酸性物质或者卤素离子的含量过高，不适合应用到非水电解液中。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法，包括：羧酸酯与仲胺反应得到酰胺化合物其中，R1选自卤素取代烷基或氰基取代烷基；R2，R3分别选自烃基，或R2，R3分别选自含有硼、硅、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴及碘中至少一种元素的有机基团；其中，所述R1、R2、R3为独立取代基团；或所述R1、R2与R3中至少两个联合成环。
本发明中，当与羰基相连的R1选自卤素取代的烷基或氰基取代的烷基时，羧酸酯的羰基碳反应活性增强，当仲胺的氮原子进攻羰基碳时，羧酸酯的“胺解”反应进行容易，产物收率高。
按照本发明上述制备的酰胺化合物中羧酸的含量<50ppm，氯离子的含量<5ppm。作为一种实施方式，所述酰胺化合物中羧酸的含量<5ppm，氯离子的含量<1ppm。本发明中的羧酸包括三氟乙酸、三氯甲基乙酸、2,2,2-三氟乙基丙酸、1,1-二氟乙基丙酸、五氟乙基乙酸、六氟异丙基丁酸、七氟异丙基丁酸、七氟正丙基丁酸、1,1-二氟正丙基丁酸、1,1,2,2-四氟正丙基丁酸、七氟异丁基戊酸、九氟正丁基戊酸、全氟叔丁基戊酸等。利用本发明合成方法制备的酰胺化合物中羧酸含量和/或卤素离子含量都非常低，适合应用于非水电解液中。
与羰基相连的R1未被卤素或氰基取代的酰胺化合物由于酰胺分子中含有羰基，且与羰基碳原子直接相连的氮原子上有孤电子对，该孤电子对与羰基上的π电子共轭，由于氮原子上的孤电子对分散到羰基上，因此羰基上的氧易受质子进攻，使酰胺呈现化学/电化学不稳定性。此外，路易斯酸存在也会进攻未被卤素或氰基取代的酰胺化合物羰基上的氧，因此也不适用于路易斯酸存在的LiPF6为电解质盐的非水电解液体系。另外，由于未被卤素或氰基取代的酰胺化合物氮原子上的孤电子对与过渡金属元素的d轨道作用可以形成配位化合物，因此也不适用于含有过渡金属元素的正极材料的碱金属离子二次电池。
当与羰基相连的R1选自本发明所述的卤素取代烷基或氰基取代烷基时，不仅可以减少酰胺分子中电荷分离的经典结构式在共振杂化体中的贡献，也增强氮原子上的孤电子对与羰基中的π电子的共轭效应，使酰胺键中C—N键明显地具有部分双键的性质。此外，与羰基相连的R1为卤素取代烷基或氰基取代烷基时，氮原子上正电荷成分增加，孤电子对成分下降，酰胺的反应活性降低。因此，本发明所述的酰胺化合物不仅能够适用于路易斯酸存在的以LiPF6为电解质盐的非水电解液体系，也能够适用于含有过渡金属元素的正极材料的碱金属离子二次电池。
作为一种实施方式，所述R1选自碳原子数为1～7的卤素取代烷基或氰基取代烷基。作为一种实施方式，所述R1选自碳原子数为1～4的卤素取代烷基或氰基取代烷基。当R1中的碳原子个数较少时，位阻小，有利于仲胺的氮原子进攻羰基碳，进一步提高收率(参见实施例1，实施例14，实施例16及实施例27)。
作为一种实施方式，所述R1选自三氟甲基、三氯甲基、2,2,2-三氟乙基、1,1-二氟乙基、五氟乙基、六氟异丙基、七氟异丙基、七氟正丙基、1,1-二氟正丙基、1,1,2,2-四氟正丙基、七氟异丙基、九氟正丁基、全氟叔丁基、全氟正辛基、氰甲基、2-氰乙基、2-氰丙基或3-氰丙基。当R1选自本发明所述的基团时，羰基的邻位碳原子上都不含有氢原子，且邻位碳上有三个取代基，位阻大。这种结构一方面杜绝了邻位氢导致的副反应，另一方面，邻位碳原子上的三个取代基，像一把伞保护羰基官能团，使得活性分子无法接近官能团，保护官能团免受“攻击”，最大限度抑制溶剂被氧化或/及还原，提高电解液的化学以及电化学稳定性，从而使二次电池具有优异的高温稳定性。
综上所述，本发明所述的酰胺化合物稳定性高，适用于高能量密度二次电池，尤其是正极含有锰的活性材料，包括含锰的三元活性材料或含有锰的尖晶石二元材料。
此外，当R1选自卤素取代烷基或氰基取代烷基时，羧酸酯的羰基碳反应活性增强，当仲胺的氮原子进攻羰基碳时，羧酸酯的“胺解”反应进行容易，得到的酰胺化合物具有难燃或不燃的特性，从而配制的电解液也具有不燃或阻燃特性，使含有该电解液的二次电池具有优异的抗滥用特性，二次电池的安全性能也得到大幅度改善。
作为一种实施方式，所述R1选自氟代烷基。作为一种实施方式，所述R1选自三氟甲基、三氯甲基、1,1－二氟乙基、1,1－二氟正丙基、1,1,2,2-四氟正丙基、五氟乙基、七氟异丙基、七氟正丙基、九氟异丁基、九氟正丁基、全氟叔丁基、全氟环己基、全氟正己基或全氟正辛基。本发明中，当与羰基相连的R1选自卤素取代的烷基或氰基取代的烷基时，羧酸酯的羰基碳反应活性增强，当仲胺的氮原子进攻羰基碳时，羧酸酯的“胺解”反应进行容易，产物收率高。作为一种实施方式，所述R1选自三氟甲基、1,1－二氟乙基、五氟乙基、七氟正丙基、1,1－二氟正丙基或1,1,2,2-四氟正丙基。
作为一种实施方式，R选自碳原子数为1～4的烃基。作为一种实施方式，所述R选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。本发明优选的R基团结构简单，有利于降低羧酸酯原料成本。
作为一种实施方式，R2，R3分别选自碳原子数为1～12的烷基。作为一种实施方式，所述R2，R3分别选自卤素取代的烷基或氰基取代的烷基；或所述R2，R3分别选自烷氧基。作为一种实施方式，所述R2，R3分别选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、2-甲基丁基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、3-甲基己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、三氟甲基、2,2,2－三氟乙基、五氟乙基、2,2,2-三氟乙基、六氟异丙基、七氟正丙基、七氟异丙基、九氟正丁基、全氟叔丁基、氰甲基、2-氰乙基、2-氰丙基、3-氰丙基、甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙基及异丙氧基。
作为一种实施方式，所述仲胺选自二甲胺、二乙胺、二丙基胺、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二庚基胺、二辛基胺、甲基乙基胺、甲基丙基胺、甲基丁基胺、甲基戊基胺、甲基己基胺、甲基庚基胺、甲基辛基胺、乙基丙基胺、乙基丁基胺、乙基戊基胺、乙基己基胺、乙基庚基胺、乙基辛基胺、吡咯烷、哌啶、双(1,1,2,2－四氟乙基)胺、1,1,2,2－四氟乙基甲基胺、双(三氟乙基)胺或甲基三氟乙基胺。
作为一种实施方式，所述酰胺化合物选自以下结构：
作为一种实施方式，所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.5:1～2:1。作为一种实施方式，所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.75:1～1.25:1。作为一种实施方式，所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.95:1～1.05:1。作为一种实施方式，所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为1:1.02。
作为一种实施方式，所述反应的温度控制为-20～200℃。作为一种实施方式，所述反应的温度控制为0～180℃。作为一种实施方式，所述反应的温度控制为20～150℃。本发明优选的温度可以在保证高收率的前提下，降低能耗；此外，温度过低，会使反应不完全；温度过高，会引发副反应，如聚合、碳化等。
作为一种实施方式，所述反应的时间控制为0.1～72h。作为一种实施方式，所述反应的时间控制为0.5～24h。作为一种实施方式，所述反应的时间控制为0.5～8h。反应时间短，生产效率高，产能输出大。本发明优选的反应时间可以在保证高收率的前提下，缩短反应时间。
作为一种实施方式，所述羧酸酯与仲胺在溶剂中反应得到酰胺化合物；作为优选，所述溶剂选自醇、醚、腈、烷烃、卤代烃、水及芳香烃中至少一种。作为一种实施方式，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇及水中至少一种。本发明可以选择加入溶剂，这样使反应物混合均匀，提高反应速率，但溶剂存在会增加反应物分离、产物分离以及回收重复利用等问题。此外，由于本发明采用了特殊的反应原料，可以使本发明在没有溶剂条件下也容易进行并且能得到高纯度和高产率的酰胺。更进一步，本发明选择不使用溶剂，省去分离、回收等工序，降低能耗又提高生产效率。
本发明的另一个目的是提供一种酰胺化合物，采用本发明所述酰胺化合物的合成方法制备而成。
本发明的另一个目的是提供一种非水电解液，包括如本发明所述的酰胺化合物。
作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的0.1～95wt％。作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的1～88wt％。作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的5～88wt％。作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的30～70wt％。作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的5～30wt％。作为一种实施方式，所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的0.5～5wt％。作为另一种实施方式，酰胺化合物的质量为非水电解液质量的30～95wt％。
作为一种实施方式，所述非水电解液溶液包括环状碳酸酯和/或链状碳酸酯。
作为一种实施方式，所述环状碳酸酯选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯及碳酸亚丁酯中至少一种。
作为一种实施方式，所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲基异丙酯、碳酸甲丁酯以及碳酸乙丙酯中至少一种。
作为一种实施方式，所述非水电解液溶液还包括含有卤素的环状碳酸酯和/或含有不饱和键的环状碳酸酯。作为一种实施方式，所述含有卤素的环状碳酸酯为 作为一种实施方式，所述含有碳碳双键的环状碳酸酯为
作为一种实施方式，所述环状碳酸酯和链状碳酸酯的总质量为非水电解液溶液的总质量的0～90wt％。作为一种实施方式，所述环状碳酸酯和链状碳酸酯的总质量为非水电解液溶液的总质量的0～70wt％。作为一种实施方式，所述环状碳酸酯和链状碳酸酯的总质量为非水电解液溶液的总质量的0～30wt％。
作为一种实施方式，非水电解液溶液中还包括其它有机溶剂。作为一种实施方式，所述其它有机溶剂选自羧酸酯、亚硫酸酯、磺酸酯、磷酸酯、膦酸酯、次膦酸酯、砜、亚砜、醚、腈、有机硅化合物、有机硼化合物、离子液体及膦腈中至少一种。所述其它有机溶剂选自特戊酸甲酯、特戊酸乙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、环丁砜、二甲亚砜、乙甲基亚砜、1,3-丙磺酸酯、1,4-丁磺酸内酯、二氧戊环、二甲氧基丙烷、特戊腈、戊腈、2,2-二甲基戊腈、丁二腈、乙氧基五氟膦腈、苯氧基五氟膦腈、N-甲基-N-丁基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐及N-甲基-N-丙基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺盐中至少一种。
作为一种实施方式，所述非水电解液溶液还包括成膜助剂。作为一种实施方式，所述成膜助剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、1,3-丙磺酸内酯(1,3-PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯、丁二腈、己二腈、LiPO2F2、LiB(C2O4)2及LiBF2(C2O4)中至少一种。
作为一种实施方式，所述成膜助剂的质量为非水电解液溶液的总质量的0～5wt％。作为一种实施方式，所述成膜助剂的质量为非水电解液溶液的总质量的0.5～3wt％。
本发明所述的非水电解液还可以包括其它添加剂，例如防过充添加剂、导电添加剂及耐高压添加剂等，选自联苯(DP)、环己基苯、芳香基金刚烷、萘的衍生物、多聚苯、三(五氟化苯基)硼、己二腈及丁二腈中至少一种。
本发明所述电解液中的电解质盐为碱金属锂盐和/或碱金属钠盐；所述碱金属锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiPO2F2、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(iso-C3F7)3、LiPF5(iso-C3F7)、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)及Li2B12F12中至少一种。作为一种实施方式，所述碱金属钠盐选自NaPF6、NaBF4、NaN(SO2CF3)2、NaN(SO2C2F5)2、NaN(SO2F)2、NaPO2F2、NaCF3SO3、NaC(SO2CF3)3、NaPF3(CF3)3、NaPF3(C2F5)3、NaPF3(iso-C3F7)3、NaPF5(iso-C3F7)、NaBF2(C2O4)及Na2B12F12中至少一种。电解质盐通常按0.1～3M浓度使用，优选0.5～2M浓度，以质量百分含量计，通常为2～35wt％，优选为6～25wt％。
本发明还提供一种非水电解液二次电池，包括正极、负极、隔膜及本发明所述的非水电解液。
一般地，对正极材料不作限定，凡是可用于非水碱金属或碱土金属二次电池的正极材料都可以使用于本发明提供的二次电池。作为一种实施方式，所述正极的活性材料中含有锰元素。作为一种实施方式，所述正极的活性材料包括镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂、尖晶石镍锰二元材料、富锂锰基材料、橄榄石磷酸锰锂及橄榄石磷酸锰铁锂中至少一种。
作为一种实施方式，所述的负极材料选自石墨、中间相碳微球、无定型碳、锂钛氧化合物、锂钒氧化合物、硅基材料、锡基材料及过渡金属氧化物中至少一种。所述石墨包括人造石墨及天然石墨；所述非定型碳包括硬碳及软碳。但不限于上述材料。
作为一种实施方式，所述隔膜选自聚烯烃熔融拉伸隔膜；或所述隔膜选自PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚偏氟乙烯、芳纶及聚酰胺中至少一种为基材的隔膜。本发明聚烯烃类熔融拉伸隔膜可以是聚丙烯单层隔膜或聚乙烯单层隔膜，或是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜等。本发明所述隔膜的基材优选高软化点的多孔基体材料，比如软化点高于150℃的多孔基体材料。但不限于上述材料。
本发明所述的非水电解液二次电池，除了使用本发明中所述的正极材料的活性物质、负极材料的活性物质、隔膜以及非水电解液外，对其构造不作限定，对其加工制造工艺也不作具体限定，可以与普通锂离子二次电池相同。如正极、负极、隔膜可采用如下方法制备，电池可以采用如下方法组装：
(a)正极
所述的非水电解液二次电池用正极可以用如下所述的方法制造。
首先，混合粉末状正极活性物质、导电剂和粘接剂，并添加溶剂，制成浆料。正极浆料中各材料的混合比，往往决定锂离子二次电池的电化学性能。一般地，正极浆料中各固体材料成分的总质量作为100质量份，与通常的锂离子二次电池的正极类似，优选活性正极材料含量为80～95质量份、导电材料含量为2～15质量份、粘接剂含量为1～18质量份。
将所获得的正极浆料涂布于铝箔制集流体的表面，并进行干燥以使溶剂挥发。根据需要，也可以通过辊压法等进行加压，以提高电极密度。由此，可制造片状正极。可根据目标电池，以适当的尺寸裁剪片状正极。正极的制造方法并不局限于所例示的方法，也可以采用其它的方法。在制造正极极片时，作为导电剂，例如可使用碳，可以是无定形碳也可以是结晶碳，包括木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭、炭黑、焦炭、石墨化中间相碳微球(MCMB)、软碳、硬碳以及石墨等；从微观结构上来分，所述的碳可以是碳纳米管、石墨薄片、富勒烯、石墨烯等；从微观形貌上来分，所述的碳可以是碳纤维、碳管、碳球等。优选高电子电导率、结构强度好的碳材料。
粘接剂起将正极活性物质粒子连接固定的作用，包括亲水性聚合物即羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、邻苯二甲酸醋酸纤维素(CAP)、羟基丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯(HPMCP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)等以及疏水性聚合物材料如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯全氟烷基乙烯醚共聚物(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)等氟系树脂以及醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBR)、丙烯酸改性SBR树脂(SBR系乳胶)、阿拉伯橡胶等橡胶类等中的至少一种。其中，优选使用PTFE、PVDF等氟系树脂。导电子聚合物作为粘结剂具有非常明显的优势，是用于电化学器件中的粘结剂的发展方向。
(b)负极
本发明中所述的负极极片，由本发明所述的活性物质材料与导电剂、粘合剂、溶剂按一定比例混合制成浆料后均匀涂覆于铜箔上，再经干燥和滚压制成。
上述对电池极片的制造的描述是基于当前常规的大规模制造工艺，但并不排除等离子喷涂技术、3D打印技术等应用于锂离子二次电池极片的制造。
(c)隔膜
隔膜是电池的关键组成部分之一，位于电池的正、负电极之间，用来隔离正、负电极，避免电池内部短路，同时又保证离子在充放电时能够顺利通过。用于电池的隔膜是一种多孔结构的电子绝缘薄膜，具有高的离子传导性能和良好的机械强度，能够在电解液中长期稳定存在，不发生化学反应。在二次电池中，隔膜性能的优劣直接影响着电池的内阻、容量、充放电电流密度、循环寿命和安全等关键性能。
本发明所述的电池对隔膜的材料、结构没有特殊限定。可以选用聚烯烃类熔融拉伸隔膜，主要为聚丙烯，聚乙烯单层隔膜，或是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜；也可以选用以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)无纺布为隔膜。
(d)电池的形状、结构
本发明中所述的一种长寿命可快充非水电解质电池，由上述的正极、负极、隔膜以及非水系电解液构成，可为圆柱型、方型等各种形状，外包装可以是金属壳也可以是铝塑膜，可以根据实际应用需要设计。
附图说明
图1为本发明实施例1中电池循环曲线；
图2为本发明实施例3中电池循环曲线。
具体实施方式
以下的具体实施例对本发明进行了详细的描述，然而本发明并不限制于以下实施例。
本发明对锂离子二次电池结构不作限定，可以是圆柱型、方型或纽扣型，软包装或钢壳或铝壳。本发明实施例中采用层叠铝塑膜软包装电池，设计容量10Ah，隔膜采用聚烯烃类熔融拉伸隔膜，个别实施例采用纽扣型半电池(2025型)。
本发明所述的酰胺化合物分子结构稳定且具有难燃或不燃的特性，可以替代或者部分替代碳酸酯用作非水电解液的溶剂，使二次电池具有优异的电化学性能和安全特性。二次电池的正极材料采用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)；负极材料使用碳基材料，包括石墨(人造石墨、天然石墨)、中间相碳微球及非定型碳(硬碳、软碳)至少一种，电池能量密度较高，常温1C放电时，能量密度约140～180Wh/kg。
为了进一步考察更高倍率的输出特性，本发明实施例中还采用另一种10Ah层叠铝塑膜软包装电池，该二次电池的正极材料采用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)，负极材料使用锂钛氧化合物，常温1C放电时，能量密度约80～98Wh/kg。
实施例1：
N,N-二乙基三氟乙酰胺的合成
将9.9mol三氟乙酸乙酯[经过除水、纯化过，卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且含水量<50ppm]，置于烧瓶中。加入9.1mol二乙胺，控制反应混合物的温度不超过60℃。加完后升温至130℃反应4h。得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺，产率97％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二乙基三氟乙酰胺(DETFAA)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DETFAA：EC的质量比70:14，然后向其中加入成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，所述成膜添加剂VC的含量为非水电解液的3.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为13.0wt％的非水电解液。
二次电池制作
10Ah层叠铝塑膜软包装电池，正极材料采用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)，负极材料使用非石墨化碳(实验室制备，克容量为230mAh/g)，电池能量密度较高，常温1C放电时，能量密度约170Wh/kg。
电池性能测试
电池寿命测试条件：在25℃环境温度下，将上述软包装电池在2.50V～4.20V电压范围内充放电，恒流充电倍率为0.5C，恒流放电倍率0.5C(0.5C0.5D)，考察充放电循环稳定性。具体测试结果见图1。
实施例2：
酰胺化合物的合成同实施例1。
电解液的配制
配制N,N-二乙基三氟乙酰胺(DETFAA)、碳酸乙烯酯(EC)以及碳酸二甲酯(DMC)的非水混合溶剂，DETFAA：EC：DMC的质量比30:26:30，然后向其中加入成膜添加剂1，3-丙磺酸内酯(1,3-PS)，所述成膜添加剂1,3-PS的含量为非水电解液的2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为12.0wt％的非水电解液。二次电池制作以及电池循环寿命测试方法同实施例1。
实施例3：
酰胺化合物的合成同实施例1。
电解液的配制
配制N,N-二乙基三氟乙酰胺(DETFAA)、碳酸丙烯酯(PC)以及碳酸二乙酯(DEC)的非水混合溶剂，DETFAA：PC：DEC的质量比50:20:15，然后向其中加入成膜添加剂1,3-丙磺酸内酯(1,3-PS)，所述成膜添加剂1,3-PS的含量为非水电解液的含量1.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为14.0wt％的非水电解液。
二次电池制作
10Ah层叠铝塑膜软包装电池，正极材料采用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)，负极材料使用钛酸锂(LTO)，常温1C放电时，能量密度约85Wh/kg。
电池性能测试
电池寿命测试条件：常温，将上述软包装电池在1.50V～2.80V电压范围内充放电，恒流充电倍率为2C，恒流放电倍率2C(2C2D)，考察其高倍率输出特性以及充放电循环稳定性。测试结果请见图2。
实施例4
酰胺化合物的合成同实施例1。
电解液的配制
N,N-二乙基三氟乙酰胺(DETFAA)用分子筛除水后，缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为12.0wt％的非水电解液。
二次电池制作同实施例3。
高温储存特性：将电池充电至2.8V，并在70℃下储存48小时，对比初始厚度和存储之后的厚度，变化值相对初始厚度用Δt表示，Δt＝(储存后的厚度-初始厚度)/初始厚度×100％；本实施例测得Δt<5％。
实施例5
N,N-二甲基三氟乙酰胺的合成
将1000g三氟乙酸乙酯，置于反应釜中，通入干燥的二甲胺气体330g，温度略有上升，通完气体后升温至80℃，反应2小时，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二甲基三氟乙酰胺。[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)、特戊酸乙酯(TEE)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMTFAA：TEE：EC的质量比30.0:30.0:21.7，然后向其中加入添加剂三-(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TTFEP)，所述添加剂的含量为非水电解液的含量5.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6与LiBF2(C2O4)(LiODBF)(分别为12.5wt％和0.8wt％)并加以冷却。
电池制作：
扣式电池(2025型)，活性材料采用尖晶石镍锰二元材料LiNi0.5Mn1.5O4(LNM)，负极使用金属锂。
电池性能测试
电池测试条件：常温，将上述软扣式电池在2.5～4.9V电压范围内充放电，恒流充电倍率为0.2C，恒流放电倍率0.2C(0.2C0.2D)，考察其充放电曲线以及比容量。
实施例6
N-甲基-N-乙基三氟乙酰胺的合成
将9.9mol三氟乙酸乙酯置于烧瓶中，加入9.8mol甲乙胺控制反应混合物的温度不超过50℃。滴加完后升温至90℃反应0.5h。得到粗产物，再精馏后得到产物N-甲基-N-乙基三氟乙酰胺[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N-甲基-N-乙基三氟乙酰胺(EMTFAA)、乙酸丙酯(PA)、碳酸乙烯酯(EC)以及甲基乙基碳酸酯(EMC)的非水混合溶剂，EMTFAA：PA：EC：EMC的质量比4.0:20.0:31.0:30.0，缓慢加入电解质盐LiPF6与LiBF4(分别为13.0wt％和2.0wt％)并加以冷却。
二次电池制作同实施例3。
电池性能测试
电池寿命测试条件：常温，将上述软包装电池在1.50V～2.80V电压范围内充放电，恒流充电倍率为6C，恒流放电倍率6C(6C6D)，考察其高倍率输出特性以及充放电循环稳定性。
实施例7
N,N-二甲基三氟乙酰胺同实施例5。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)、氟代碳酸酯(F-EC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMTFAA：F-EC：EC的质量比40.0:7.0:30.0，然后向其中加入成膜添加剂乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)以及阻燃添加剂乙氧基五氟磷腈(EPZ)，含量分别为非水电解液的2.0wt％和8.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为13.0wt％的非水电解液。
电池制作
扣式电池(2025型)，活性材料采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)，负极使用金属锂。
电池性能测试
电池测试条件：常温，将上述软扣式电池在2.5～4.3V电压范围内充放电，恒流充电倍率为0.1C，恒流放电倍率0.1C(0.1C0.1D)，考察其充放电曲线以及比容量。
实施例8
N,N-二甲基三氟乙酰胺同实施例5。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)以及碳酸丙烯酯(PC)的非水混合溶剂，DMTFAA：PC的质量比53.5:30.0，然后向其中加入成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)和1,3-丙磺酸内酯(1,3-PS)，添加剂含量分别为非水电解液的含量1.0wt％和2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6和双三氟甲基磺酰亚胺锂并加以冷却(分别12.5wt％和1.0wt％)。
二次电池制作以及电池循环寿命测试方法同实施例3。
实施例9
N-三氟乙酰基吡咯烷的合成
将6.2mol三氟乙酸乙酯加入6.1mol吡咯烷中，控制温度不超过50℃，加完后升温至150℃反应1h。得到粗产物，精馏后得到N-三氟乙酰基吡咯烷[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N-三氟乙酰基吡咯烷(NTFAP)、乙酸乙酯(EA)、碳酸二乙酯(DEC)以及氟代碳酸乙烯酯(F-EC)的非水混合溶剂，NTFAP：EA：DEC：F-EC的质量比5.0:23.0:50.0:10.0，缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为12.0wt％的非水电解液。
二次电池制作以及电池循环寿命测试同实施例3。
实施例10
N,N-二甲基三氟乙酰胺的合成
先准备干燥塔，在干燥塔内均匀填充氢氧化钾和无水氯化钙的混合物。称60g氢氧化钠固体于第一个两口烧瓶中，将滴液漏斗连接于第一个两口烧瓶上，称取175g40％的二甲胺水溶液于滴液漏斗中。称取200g三氟乙酸乙酯于第二个两口烧瓶中，第一个两口烧瓶、干燥塔与第二个两口烧瓶依次连通，并且第二个两口烧瓶上连接有球胆。向第一个两口烧瓶中开始滴加二甲胺的水溶液，逸出气体通入干燥塔后通入第二个两口瓶中，球胆用于调节气压。滴加完毕后搅拌24h。分离提纯产物，卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMTFAA：EMC：EC的质量比20.0:30.0:28.0，然后向其中加入成膜添加剂乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)和硫酸内酯(DTD)，含量为非水电解液的2.0wt％和1.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，最终获得LiPF6浓度为13.0wt％的非水电解液。
二次电池制作
10Ah层叠铝塑膜软包装电池，正极材料采用LiMn2O4(LMO)，负极材料使用石墨(人造石墨、天然石墨)，常温1C放电时，能量密度约120Wh/kg。
电池性能测试
电池寿命测试条件：在25℃环境温度下，将上述软包装电池在2.50V～4.20V电压范围内充放电，恒流充电倍率为1C，恒流放电倍率1C(1C1D)，考察充放电循环稳定性。
实施例11
N,N-二甲基三氟乙酰胺的合成同实施例5。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMTFAA：EMC：EC的质量比20.0:35.0:30.0，然后向其中加入成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，含量为非水电解液的2.0wt％。加入锂盐六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂并加以冷却(含量分别为10.0wt％和3.0wt％)。
电池制作
扣式电池(2025型)，正极活性材料采用橄榄石材料LFe0.25Mn0.75PO4(LFMP)，负极使用金属锂。
电池性能测试
电池测试条件：常温，将上述软扣式电池在2.5～4.2V电压范围内充放电，恒流充电倍率为0.1C，恒流放电倍率0.1C(0.1C0.1D)，考察其充放电曲线以及比容量。
实施例12
N,N-二异丙基三氟乙酰胺的合成
将1.4mol三氟乙酸乙酯置于烧瓶，加入2.6mol二异丙基胺。加完后升温至100℃，保持2h。然后将混合物投入反应釜中，用氮气置换釜内空气，缓慢升温至220℃，压力达到2.3Mpa，搅拌保持45分钟后降温出料。蒸馏分离出粗产物后，用1:10的稀盐酸萃取后再用饱和氯化钠溶液洗，加硫酸镁干燥后减压精馏，得到目标产物。
电解液的配制
配制N,N-二异丙基三氟乙酰胺(DPTFAA)、碳酸乙烯酯(EC)、氟代乙烯酯(F-EC)、碳酸二甲酯(DMC)以及碳酸二乙酯(DEC)的非水混合溶剂，DPTFAA：EC：F-EC：DMC：DEC的质量比0.5:30.0:15.0:30.0:10.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚烯酯(VC)和LiODBF(LiBF2(C2O4))，所述添加剂含量分别为非水电解液的质量的1.5wt％和0.5wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，获得LiPF6浓度为12.5wt％的非水电解液。
二次电池制作以及电池循环寿命测试同实施例10。
实施例13
N,N-二甲基三氟乙酰胺的合成同实施例5。
电解液的配制
配制N,N-二甲基三氟乙酰胺(DMTFAA)、2,2-二甲基戊腈(DMPN)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMTFAA：DMPN：DMC:EMC：EC的质量比5.0:5.5:15.0:30.0:30.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)以及添加剂三甲基硅烷硼酸酯(TMSB)，含量各为非水电解液质量的1.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6和CsPF6(含量分别为12.0wt％和0.5wt％)并加以冷却。
二次电池制作同实施例1。
实施例14
N,N-二乙基五氟丙酰胺的合成
将2.6mol五氟丙酸乙酯置于烧瓶中，加入2.6mol二乙胺，控制反应混合物的温度不超60℃。滴加完后升温至130℃反应2h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基五氟丙酰胺，收率82％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二乙基五氟丙酰胺(DEPFPA)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，质量比15.0:20.0:20.0:30.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，含量为非水电解液质量的2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6，并加以冷却，获得LiPF6浓度为13.0wt％的溶液。
二次电池制作同实施例1。
实施例15
N,N-二甲基五氟丙酰胺的合成
将3.1mol五氟丙酸乙酯置于烧瓶中，通入3.2mol二甲胺气体，控制反应混合物的温度不超过60℃。滴加完后升温至110℃反应4h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二甲基五氟丙酰胺[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二甲基五氟丙酰胺(DMPFPA)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMPFPA：DMC：EMC：EC的质量比15.0:20.0:20.0:30.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，含量为非水电解液质量的2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6，并加以冷却，获得LiPF6浓度为13.0wt％的溶液。
二次电池制作同实施例1。
实施例16
N,N-二乙基七氟丁酰胺的合成
将2.6mol七氟丁酸甲酯置于烧瓶中，加入2.7mol二乙胺。控制反应混合物的温度不超过50℃，滴加完后升温至80℃反应6h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基七氟丁酰胺，收率75％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二乙基七氟丁酰胺(DEHFBA)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DEHFBA：DMC：EMC：EC的质量比15.0:20.0:20.0:30.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，含量为非水电解液质量的2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6，并加以冷却，获得浓度为13.0wt％的溶液。
二次电池制作同实施例1。
实施例17
N,N-二甲基七氟丁酰胺的合成
将2.6mol七氟丁酸甲酯置于烧瓶中，通入2.5二甲胺气体，控制反应混合物的温度不超过50℃。加完后升温至110℃反应3h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二甲基七氟丁酰胺[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
电解液的配制
配制N,N-二甲基七氟丁酰胺(DMHFBA)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DMHFBA：DMC：EMC：EC的质量比15.0:20.0:20.0:30.0，然后向其中加入添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，含量为非水电解液质量的2.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6，并加以冷却，获得LiPF6浓度为13.0wt％的溶液。
二次电池制作同实施例1。
实施例18
N,N-二乙基氰基乙酰胺的合成
将4.4mol氰基乙酸乙酯置于烧瓶中，加入2.5mol二乙胺，加完后升温至120℃反应3h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基氰基乙酰胺，收率58％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<10ppm且未检测到酸]。
实施例19
N-甲基－3，3－二氟吡咯烷－2－酮的合成
将2.4mol的α，α－二氟－γ－丁内酯置于烧瓶中，通入2.4mol甲胺气体，控制温度不超过40℃，反应2h。将反应混合物转入反应釜中，升温至250℃，压强约6MPa，反应3h，得到粗产物，再精馏后得到产物N-甲基－3，3－二氟吡咯烷－2－酮[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。
实施例20
同实施例1，不同的是三氟乙酸乙酯和二乙胺的摩尔比为1：1，反应温度为130℃，反应时间为4h，得到的产物N,N-二乙基三氟乙酰胺收率为94％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量7ppm，酸含量1ppm]。
实施例21
同实施例1，不同的是三氟乙酸乙酯和二乙胺的摩尔比为1：0.96，反应温度为120℃，反应时间为3h，得到的产物N,N-二乙基三氟乙酰胺收率为96％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量4ppm，未检测到酸]。
实施例22
同实施例1，不同的是三氟乙酸乙酯和二乙胺的摩尔比为1：1.05，反应温度为110℃，反应时间为5h，得到的产物N,N-二乙基三氟乙酰胺收率为92％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量10ppm，未检测到酸]。
实施例23
同实施例5，不同的是三氟乙酸乙酯和二甲胺的摩尔比为1：1，反应温度为40℃，反应时间为8h，得到的产物N,N-二甲基三氟乙酰胺收率为95％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量2ppm，未检测到酸]。
实施例24
同实施例5，不同的是三氟乙酸乙酯和二甲胺的摩尔比为1：0.91，反应温度为100℃，反应时间为1h，得到的产物N,N-二甲基三氟乙酰胺收率为97％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量1ppm，未检测到酸]。
实施例25
同实施例5，不同的是三氟乙酸乙酯和二甲胺的摩尔比为1：1.1，反应温度为80℃，反应时间为2h，得到的产物N,N-二甲基三氟乙酰胺收率为95％[卤素离子(Cl-、Br-、I-)总含量5ppm，酸含量2ppm]。
实施例26
N,N-二乙基三氟乙酰胺的合成
将9.9mol三氟乙酸乙酯，置于烧瓶中，与550mL乙醇混合。然后加入9.5mol二乙胺，控制反应混合物的温度不超过70℃，加完后升温至100℃反应1h。减压蒸馏，先蒸出溶剂乙醇(可回收循环使用)，接着蒸馏得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺，产率92％。
实施例27
N,N-二乙基全氟辛酰胺的合成
将4mol全氟辛酸甲酯，置于烧瓶中，加入3.9mol二乙胺，加完后升温至110℃反应3h，得到粗产物。再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺，产率52％。
实施例28
N,N-二乙基三氟乙酰胺的合成
将5.1mol三氟乙酸正辛酯，置于烧瓶中，加入5.0mol二乙胺。加完后升温至140℃反应4h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺，产率81％。
对比例1：
N,N-二乙基三氟乙酰胺(DETFAA)的合成
将11.1mol三氟乙酸置于烧瓶中，加入11.2mol二乙胺，控制反应混合物的温度不超过60℃。加完后升温至150℃反应4h，然后继续升温至185℃，反应8h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且酸度>300ppm]。
电解液配制、二次电池制作以及电池循环寿命测试同实施例1。
对照实施例1与对比实施例1，说明合成方法中原料不同对氟化酰胺的纯度影响。对比例1合成的N,N-二乙基三氟乙酰胺酸度大，配制成的电解液酸值高，导致电极材料中的活性元素被溶解，或者氢质子在充放电过程中被还原成氢气，使电池性能恶化。
对比例2：
N,N-二乙基乙酰胺的合成
将16mol乙酸乙酯置于烧瓶中，加入9.9mol二乙胺，加完后升温至回流温度，回流24h，得到粗产物，再精馏后得到产物N,N-二乙基三氟乙酰胺[卤素离子(Cl-、Br-、I-)含量<5ppm且未检测到酸]。相比实施例1，反应时间更长，但反应物收率仍然非常低，当反应时间少于6h时几乎得不到产物。
电解液的配制
配制N,N-二乙基乙酰胺(DEAA)以及碳酸乙烯酯(EC)的非水混合溶剂，DEAA：EC的质量比70.0:14.0，然后向其中加入成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)，所述成膜添加剂VC的含量为非水电解液的3.0wt％。缓慢加入电解质盐LiPF6并加以冷却，发现呈胶态，不是溶液，作为电解液使用性能不佳。从对比例2中可知：当R1不为卤素取代烷基或氰基取代烷基时，作为电解液使用性能不佳。
对比例3
N,N-二甲基苯甲酰胺的合成
将2.2mol苯甲酸甲酯置于反应釜中，加入甲醇作溶剂，通入干燥的二甲胺气体2.5mol，通完气体后升温至150℃，反应10h，几乎得不到目标产物。
表3为部分实施例测试结果。

Claims (30)

1.一种用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法，包括：
羧酸酯与仲胺反应得到酰胺化合物其中，R1选自卤素取代烷基或氰基取代烷基；R2，R3分别选自烃基，或R2，R3分别选自含有硼、硅、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴及碘中至少一种元素的有机基团；其中，所述R1、R2、R3为独立取代基团；或所述R1、R2与R3中至少两个联合成环。
2.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述酰胺化合物中羧酸的含量<50ppm，氯离子的含量<5ppm。
3.如权利要求2所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述酰胺化合物中羧酸的含量<5ppm，氯离子的含量<1ppm。
4.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自碳原子数为1～7的卤素取代烷基或氰基取代烷基。
5.如权利要求4所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自碳原子数为1～4的卤素取代烷基或氰基取代烷基。
6.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自三氟甲基、三氯甲基、2,2,2-三氟乙基、1,1-二氟乙基、五氟乙基、六氟异丙基、七氟异丙基、七氟正丙基、1,1-二氟正丙基、1,1,2,2-四氟正丙基、七氟异丙基、九氟正丁基、全氟叔丁基、全氟正辛基、氰甲基、2-氰乙基、2-氰丙基或3-氰丙基。
7.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自氟代烷基。
8.如权利要求7所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自三氟甲基、三氯甲基、1,1－二氟乙基、1,1－二氟正丙基、1,1,2,2-四氟正丙基、五氟乙基、七氟异丙基、七氟正丙基、九氟异丁基、九氟正丁基、全氟叔丁基、全氟环己基、全氟正己基或全氟正辛基。
9.如权利要求8所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R1选自三氟甲基、1,1－二氟乙基、五氟乙基、七氟正丙基、1,1－二氟正丙基或1,1,2,2-四氟正丙基。
10.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R选自碳原子数为1～4的烃基。
11.如权利要求10所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。
12.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R2，R3分别选自碳原子数为1～12的烷基。
13.如权利要求12所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R2，R3分别选自卤素取代的烷基或氰基取代的烷基；或所述R2，R3分别选自烷氧基。
14.如权利要求12所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述R2，R3分别选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、2-甲基丁基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、3-甲基己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、三氟甲基、2,2,2－三氟乙基、五氟乙基、2,2,2-三氟乙基、六氟异丙基、七氟正丙基、七氟异丙基、九氟正丁基、全氟叔丁基、氰甲基、2-氰乙基、2-氰丙基、3-氰丙基、甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙基或异丙氧基。
15.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述仲胺选自二甲胺、二乙胺、二丙基胺、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二庚基胺、二辛基胺、甲基乙基胺、甲基丙基胺、甲基丁基胺、甲基戊基胺、甲基己基胺、甲基庚基胺、甲基辛基胺、乙基丙基胺、乙基丁基胺、乙基戊基胺、乙基己基胺、乙基庚基胺、乙基辛基胺、吡咯烷、哌啶、双(1,1,2,2－四氟乙基)胺、1,1,2,2－四氟乙基甲基胺、双(三氟乙基)胺或甲基三氟乙基胺。
16.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.5:1～2:1。
17.如权利要求16所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.75:1～1.25:1。
18.如权利要求17所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述羧酸酯与仲胺的摩尔比为0.95:1～1.05:1。
19.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述反应的温度控制为-20～200℃。
20.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述反应的时间控制为0.1～72h。
21.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述反应的绝对压强控制为0.05～3MPa。
22.如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述羧酸酯与仲胺在溶剂中反应得到酰胺化合物。
23.如权利要求22所述酰胺化合物的合成方法，其特征在于：所述溶剂选自醇、醚、腈、烷烃、卤代烃、水及芳香烃中至少一种。
24.一种酰胺化合物，采用如权利要求1所述酰胺化合物的合成方法制备而成。
25.一种非水电解液，包括如权利要求24所述的酰胺化合物。
26.如权利要求25所述的非水电解液，其特征在于：所述酰胺化合物的质量为非水电解液质量的0.1～95wt％。
27.如权利要求25所述的非水电解液，其特征在于：所述非水电解液溶液包括环状碳酸酯和/或链状碳酸酯。
28.如权利要求27所述的非水电解液，其特征在于：所述非水电解液溶液还包括含有卤素的环状碳酸酯和/或含有碳碳双键的环状碳酸酯。
29.一种非水电解液二次电池，包括正极、负极、隔膜及权利要求25中所述的非水电解液。
30.如权利要求29所述的非水电解液二次电池，其特征在于：所述正极的活性材料中含有锰元素。
CN201611068106.0A 2016-11-29 2016-11-29 一种酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液 Active CN108123175B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611068106.0A CN108123175B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611068106.0A CN108123175B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108123175A true CN108123175A (zh) 2018-06-05
CN108123175B CN108123175B (zh) 2020-05-22

Family

ID=62225429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611068106.0A Active CN108123175B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108123175B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109355676A (zh) * 2018-11-29 2019-02-19 福建医科大学 一种在水相中室温条件下电催化合成苯甲酰胺类化合物的方法
CN112331918A (zh) * 2020-11-10 2021-02-05 郑州中科新兴产业技术研究院 一种高浸润阻燃电解液
JP2022514995A (ja) * 2019-11-29 2022-02-17 寧徳新能源科技有限公司 電解液及び電気化学デバイス
CN114245947A (zh) * 2021-03-17 2022-03-25 宁德新能源科技有限公司 电解液及包含该电解液的电化学装置
RU2810614C1 (ru) * 2022-01-04 2023-12-28 Пролоджиум Текнолоджи Ко., Лтд. Литиевые аккумуляторы

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86100282A (zh) * 1985-01-16 1986-07-16 德山曹达株式会社 N，n-二代羧酸酰胺类的制造方法
CN101931096A (zh) * 2010-08-27 2010-12-29 上海奥威科技开发有限公司 丙烯碳酸酯基低温有机电解液及其应用
CN102082295A (zh) * 2010-12-29 2011-06-01 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子二次电池的电解液
CN102438977A (zh) * 2009-06-30 2012-05-02 科莱恩金融(Bvi)有限公司 用于制备脂族羧酸的酰胺的连续方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86100282A (zh) * 1985-01-16 1986-07-16 德山曹达株式会社 N，n-二代羧酸酰胺类的制造方法
CN102438977A (zh) * 2009-06-30 2012-05-02 科莱恩金融(Bvi)有限公司 用于制备脂族羧酸的酰胺的连续方法
CN101931096A (zh) * 2010-08-27 2010-12-29 上海奥威科技开发有限公司 丙烯碳酸酯基低温有机电解液及其应用
CN102082295A (zh) * 2010-12-29 2011-06-01 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子二次电池的电解液

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109355676A (zh) * 2018-11-29 2019-02-19 福建医科大学 一种在水相中室温条件下电催化合成苯甲酰胺类化合物的方法
JP2022514995A (ja) * 2019-11-29 2022-02-17 寧徳新能源科技有限公司 電解液及び電気化学デバイス
JP7212039B2 (ja) 2019-11-29 2023-01-24 寧徳新能源科技有限公司 電解液及び電気化学デバイス
US11621437B2 (en) 2019-11-29 2023-04-04 Ningde Amperex Technology Limited Electrolyte and electrochemical device
CN112331918A (zh) * 2020-11-10 2021-02-05 郑州中科新兴产业技术研究院 一种高浸润阻燃电解液
CN114245947A (zh) * 2021-03-17 2022-03-25 宁德新能源科技有限公司 电解液及包含该电解液的电化学装置
WO2022193179A1 (zh) * 2021-03-17 2022-09-22 宁德新能源科技有限公司 电解液及包含该电解液的电化学装置
RU2810614C1 (ru) * 2022-01-04 2023-12-28 Пролоджиум Текнолоджи Ко., Лтд. Литиевые аккумуляторы

Also Published As

Publication number Publication date
CN108123175B (zh) 2020-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10141608B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same
CN102473964B (zh) 非水电解液用的非对称型和/或低对称型含氟磷酸酯
CN109155438B (zh) 非水系电解液及使用其的非水系电解液电池
KR101947516B1 (ko) 비수성 전해액 이차전지
CN103392247B (zh) 蓄电装置用隔膜和蓄电装置
JP7116311B2 (ja) 非水電解液電池用電解液及びそれを用いた非水電解液電池
CN105074993B (zh) 用于锂二次电池的电解液及包含其的锂二次电池
CN114583270B (zh) 一种锂离子电池
CN107666011A (zh) 一种非水电解液及非水电解液二次电池
JP6397332B2 (ja) ナトリウム二次電池
CN107417569B (zh) 一种非水电解液用三级腈化合物、包含其的非水电解液及二次电池
CN104051786A (zh) 一种电解液及其制备方法以及一种高电压锂离子电池
CN105428719A (zh) 高电压宽温锂离子电池电解液及其制备方法及应用
JP6738815B2 (ja) 非水電解液及び非水電解液二次電池
CN103155246A (zh) 非水系二次电池用电极、具有该电极的非水系二次电池和电池组
WO2016013480A1 (ja) 非水電解液二次電池、非水電解液及び化合物
CN108123175A (zh) 用于锂二次电池电解液的酰胺化合物的合成方法、酰胺化合物及非水电解液
CN105390742A (zh) 高电压锂离子电池电解液及其制备方法及应用
WO2022198852A1 (zh) 正极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置
CN107732163A (zh) 一种锂离子二次电池
CN109119598A (zh) 一种非水电解液及二次电池
JP7237067B2 (ja) 電解液ならびにそれを用いた電気化学デバイス及び電子デバイス
CN107417530A (zh) 一种非水电解液用双羧酸酯化合物、包含其的非水电解液及二次电池
CN114512723A (zh) 一种锂离子二次电池
WO2016006315A1 (ja) ３，３，３－トリフルオロプロピオネート基を有するエステルを含む非水電解液、及びそれを用いた非水電解液電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230517

Address after: 1080 Greenwood Avenue, Lake Mary, Florida, USA

Patentee after: Weihong Advanced Materials Co.

Address before: 313000 No. 2198 Hongfeng Road, Huzhou Economic and Technological Development Zone, Zhejiang Province

Patentee before: MICROVAST POWER SYSTEMS Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right