本發明涉及材料合成，尤其涉及一種應用于電池中的化合物，更加涉及含氟噻吩類化合物及其制備方法、及電解液。

背景技術：

1、隨著鋰離子電池的需求越來越大，其高能量密度和長循環壽命的不足備受人們關注。要實現鋰離子電池的高能量密度，需要具有高比容量和工作電壓的電池材料。鋰離子電池的正極材料已由磷酸鐵鋰、錳酸鋰體系轉向三元鎳鈷錳酸鋰材料體系。

2、三元鎳鈷錳酸鋰材料具有更高的容量，但其于傳統的電解液體系中，于高電壓、高溫條件下會發生明顯的界面催化反應，而導致電解液分解及產氣，最終影響電池的壽命及安全性能。

3、目前業界有于電解液中加入能夠在三元鎳鈷錳酸鋰材料界面成膜的添加劑，如vc、ps、dtd、tmsp、lipo2f2、lifsi、litfsi、lipf2(c2o4)2、libob等，通過界面成膜以保護正極、提高電解液的耐壓窗口、提高電池的循環壽命。

4、噻吩是一種含有1個硫原子和兩個環內共軛雙鍵的五元芳香性雜環，具有類似于苯環的6個π電子大共軛體系?。噻吩官能團具有良好的化學穩定性，能夠在高電壓下穩定存在，減少電解液的氧化分解，從而延長電池的循環壽命?。但噻吩基團在高電壓下形成的保護膜不夠穩定，容易在循環過程中分解，導致電池循環穩定性差，且噻吩基團?自放電增大，使用含噻吩基團的添加劑可能會導致電池自放電增加，影響電池的能量效率和壽命，還有含噻吩基團的添加劑可能會增加電池的內阻，影響電池的高頻放電性能和整體性能。由于上述問題，含噻吩基團的添加劑在實際應用中并不廣泛，未達到實用的程度。?

5、因而，若要將噻吩化合物作為添加劑使用而應用于鋰離子電池體系中，首先需要克服此類弊端。

技術實現思路

1、基于上述問題，本發明的目的在于提供了一種含氟噻吩類化合物及其制備方法、及電解液。該含氟噻吩類化合物于常規噻吩化合物的基礎上進行改進，引入氟或氟磺酰基，可克服常規噻吩化合物的弊端，將其作為添加劑使用可降低電解液于高壓、高溫體系下的分解及氧化反應，從而以改善鋰離子電池于高溫、高壓下的電化學性能。

2、為實現上述目的，本發明第一方面提供了一種含氟噻吩類化合物，結構式如式i所示，其中，r1為氟或氟磺酰基，r2為氫、鹵素、腈基、硝基、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基，r3為氫、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基。

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4、本發明的含氟噻吩類化合物為式i所示的化合物，所含有的1個硫原子和兩個環內共軛雙鍵的五元芳香性雜環噻吩結構，具有較好的化學穩定性和電子傳輸特性。本發明通過引入氟或氟磺酰基，其中磺酰氟官能團可降低磺酰基的極性，從而減少電解液在高壓條件下的分解，延長電池的循環壽命?。通過降低電導率，磺酰氟官能團有助于減少電解液在電池中的副反應，提升電池的高壓性能和循環壽命。同時f-基團具有高吸電子傾向，富含f的物質可以抵御氧化。此含氟化合物可以形成更堅固的sei/cei薄膜。因此，式i所示的含氟噻吩類化合物是一種優異的鋰離子電池電解液添加劑，可擴大噻吩類化合物的應用領域。

5、作為本發明的一技術方案，r2為氫、氟、腈基、硝基、c1~c3的烷基或c1~c3的氟代烷基，r3為氫、c1~c3的烷基或c1~c3的氟代烷基。

6、作為本發明的一技術方案，含氟噻吩類化合物為下述化合物1至化合物9中的至少一個。

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9、本發明第二方面提供了一種含氟噻吩類化合物的制備方法，包括步驟：

10、（1）將氟化試劑溶于有機溶劑中，于攪拌下加入噻吩類化合物進行氟化反應得產物，所述氟化反應的反應式如式一或式二所示，其中，r2為氫、鹵素、腈基、硝基、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基，r3為氫、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基；

11、(2)將所述產物進行凈化、提純。

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13、本發明的制備方法簡單，反應過程溫和，工藝簡單，產品收率高。利用氟化試劑將噻吩類化合物進行氟化可制得噻吩類化合物，該噻吩類化合物不僅具有噻吩結構，還具有氟或氟磺酰基結構，可改善鋰離子電池的高電壓及高溫性能。

14、作為本發明的一技術方案，所述氟化試劑包括kf、agf、csf、naf、caf、雙(2-甲氧基乙基)氨基三氟化硫、三乙胺三氫氟酸鹽和四丁基氟化銨中的一種或多種。

15、作為本發明的一技術方案，所述氟化試劑和所述噻吩類化合物的摩爾比為1~10:1。

16、作為本發明的一技術方案，所述氟化反應的溫度為20~100℃，時間為0.5~10.0h。

17、作為本發明的一技術方案，所述有機溶劑包括二氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、乙酸乙酯、四氫呋喃、氯仿、甲苯、二甲苯、正己烷和石油醚中的一種或多種。

18、作為本發明的一技術方案，所述凈化、提純的步驟包括：將所述產物進行抽濾除雜、濃縮得粗產物，再將所述粗產物于低溫蒸餾后再進行高溫蒸餾。

19、本發明第三方面提供了電解液，包括非水有機溶劑、電解質鹽和添加劑，所述添加劑包括前述的含氟噻吩類化合物或前述的含氟噻吩類化合物的制備方法所制備的含氟噻吩類化合物，所述含氟噻吩類化合物占所述電解液質量的1.0~10.0%。

技術特征：

1.一種含氟噻吩類化合物，其特征在于，結構式如式i所示，其中，r1為氟或氟磺酰基，r2為氫、鹵素、腈基、硝基、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基，r3為氫、c1~c6的烴基或c1~c6的鹵代烴基，

2.根據權利要求1所述的含氟噻吩類化合物，其特征在于，r2為氫、氟、腈基、硝基、c1~c3的烷基或c1~c3的氟代烷基，r3為氫、c1~c3的烷基或c1~c3的氟代烷基。

3.根據權利要求1所述的含氟噻吩類化合物，其特征在于，為下述化合物1至化合物9中的至少一個，

4.一種含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，包括步驟：

5.根據權利要求4所述的含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，所述氟化試劑包括kf、agf、csf、naf、caf、雙(2-甲氧基乙基)氨基三氟化硫、三乙胺三氫氟酸鹽和四丁基氟化銨中的一種或多種。

6.根據權利要求4所述的含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，所述氟化試劑和所述噻吩類化合物的摩爾比為1~10:1。

7.根據權利要求4所述的含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，所述氟化反應的溫度為20~100℃，時間為0.5~10.0h。

8.根據權利要求4所述的含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑包括二氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、乙酸乙酯、四氫呋喃、氯仿、甲苯、二甲苯、正己烷和石油醚中的一種或多種。

9.根據權利要求4所述的含氟噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，所述凈化、提純的步驟包括：將所述產物進行抽濾除雜、濃縮得粗產物，再將所述粗產物于低溫蒸餾后再進行高溫蒸餾。

10.一種電解液，包括非水有機溶劑、電解質鹽和添加劑，其特征在于，所述添加劑包括權利要求1~3中任意一項所述的含氟噻吩類化合物或權利要求4~9中任意一項所述的含氟噻吩類化合物的制備方法所制備的含氟噻吩類化合物，所述含氟噻吩類化合物占所述電解液質量的1.0~10.0%。

技術總結
本發明提供了一種含氟噻吩類化合物及其制備方法、及電解液。含氟噻吩類化合物的結構式如式I所示，其中，R1為氟或氟磺酰基，R2為氫、鹵素、腈基、硝基、C1~C6的烴基或C1~C6的鹵代烴基，R3為氫、C1~C6的烴基或C1~C6的鹵代烴基。該含氟噻吩類化合物于常規噻吩化合物的基礎上進行改進，引入氟或氟磺酰基，可克服常規噻吩化合物的弊端，將其作為添加劑使用可降低電解液于高壓、高溫體系下的分解及氧化反應，從而以改善鋰離子電池于高溫、高壓下的電化學性能。

技術研發人員：劉善勇,倪金蓮,王倩宇,王明華,張先林
受保護的技術使用者：江蘇華盛鋰電材料股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28