新型含磷鋰離子電池阻燃添加劑的設計、合成與應用

鋰離子電池的安全問題始終是限制其在電動車及大型儲能設備中應用的重大阻礙。由于目前商業(yè)化的電解液主要采用高度可燃的有機碳酸酯作為溶劑，阻燃添加劑是目前提高電解液安全性能最為經濟有效的方法。本項目中，我們設計并合成了包括高含磷化合物、烷基膦酸酯、芳基膦酸酯、炔基膦酸酯、烯基膦酸酯、環(huán)狀膦酸酯、雜環(huán)膦酸酯、羰基膦酸酯、含氟膦酸酯、含氮膦酸酯等相關化合物，探索這些新型膦酸酯的簡潔合成路線，然后進行電解液的穩(wěn)定性和溶解性實驗，初步篩選化合物，通過燃性能和電化學性能測試，從中篩選出具有潛力的電解液添加劑。在此項研究中，我們發(fā)現(xiàn)磷、氮、雙鍵協(xié)同的化合物具有較好的阻燃效果，其中不飽和雙鍵的位置對于添加劑的性能有重要影響。最后我們對丙烯基膦酸二甲酯（DMAP）和丙烯基膦酸二乙酯（DEAP）的性能做了具體研究，得出電解液含有5% 的添加劑時具有良好的阻燃性能、電導率性能，以及與Li/FePO4的兼容性能。含有雙鍵的新型磷酰胺雙功能添加劑，N,N-二烯丙基-二乙氧基磷酰胺酰胺（DADEPA），該添加劑能夠明顯改善電解液的阻燃性能、電導率性能、熱性能，并且適量DADEPA的存在能夠提高Li/LiFePO4電池在大倍率條件下的電池容量，在Li/石墨電池中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

具有自主知識產權的鋰離子電池阻燃劑少有報導，研究新型有機磷鋰離子電池阻燃劑是一項具有重要科學意義及應用前景的課題。本項目以含不飽和鍵的磷酸酯為研究基礎，合成一系列具有新穎結構的有機磷化合物并探索它們的阻燃功能及電化學性能。研究內容包括制備炔基磷酸酯、烯基磷酸酯、環(huán)狀磷酸酯、高含磷化合物；建立能夠合成這些人工設計分子的有效經濟途徑；探索有機磷化合物的結構和阻燃性能的關系；運用多種技術對特種有機磷分子進行綜合評價，通過波譜來建立一個快速的含磷鋰離子電池阻燃劑的篩選方法；通過分析實驗及理論數(shù)據(jù)，總結分析這些磷化合物的阻燃及電化學規(guī)律，為最終建立以含不飽和鍵的磷酸酯和高含磷化合物為結構單元的鋰離子電池阻燃劑提供理論和實驗基礎。

本書在參考、引用大量國內外文獻資料的基礎之上，結合作者自己的研究工作，介紹了兩類環(huán)境友好的新型緩蝕劑——氨荒酸鹽類緩蝕劑和巰基三唑緩蝕劑的合成方法、緩蝕機理，緩蝕效率的檢測與表征，應用。本書內容實用、新穎，可供從事腐蝕與防護方面的技術和研究人員參考，對從事緩蝕劑研究、復配與生產的研究與工程技術人員具有指導作用，也可作為高等院校相關專業(yè)師生的參考書。

1緒論

11緩蝕劑概述

12緩蝕劑的作用機理

121緩蝕機理概述

122緩蝕機理的研究方法

123緩蝕劑的構效相關性

124緩蝕劑在金屬表面吸附的理論

13含硫、氮緩蝕劑的緩蝕行為

131概述

132濃度極值、抑制作用和促進作用

133協(xié)同效應

134作用機理

14緩蝕劑的協(xié)同機理

141零電荷電位的移動

142腐蝕電化學行為

143不同的吸附模型

15環(huán)境友好緩蝕劑概述

151種類

152制備與應用

153分子設計

2氨荒酸鹽類緩蝕劑的合成及緩蝕殺菌機理

21氨荒酸鹽類緩蝕劑的合成及殺菌性能評價

211簡介

212實驗

213小結

22氨荒酸鹽類緩蝕劑的緩蝕性能評價

221簡介

222實驗材料和實驗方法

223實驗結果與討論

224小結

23SDEDTC對碳鋼在鹽酸介質中的緩蝕機理

231簡介

232利用交流阻抗技術分析氨荒酸鹽的緩蝕機理

233SDEDTC的陽極吸、脫附

234氨荒酸鹽類緩蝕劑抑制碳鋼在酸中腐蝕的灰關聯(lián)分析

235氨荒酸鹽在酸中抑制碳鋼腐蝕的吸附膜表面分析

236緩蝕劑SDEDTC的吸附等溫式

237SDEDTC緩蝕劑的作用機理分析

238小結

24SDEDTC與BAA的緩蝕協(xié)同效應

241簡介

242實驗方法

243結果與討論

244小結

3巰基三唑緩蝕劑的合成及緩蝕機理

31巰基三唑緩蝕劑的合成及緩蝕作用

311引言

312實驗

313巰基三唑緩蝕劑對酸性介質中金屬的緩蝕作用

314HCl溶液中巰基三唑緩蝕劑的作用機理

315小結

32巰基三唑緩蝕劑在電極上的吸附與陽極脫附

321引言

322實驗材料與方法

323實驗結果與討論

324小結

33巰基三唑緩蝕劑在電極表面的吸附熱力學與吸附動力學

331引言

332實驗材料與方法

333巰基三唑緩蝕體系的吸附熱力學

334巰基三唑緩蝕劑在電極上的吸附動力學

335小結

34巰基三唑緩蝕體系的協(xié)同效應

341引言

342實驗材料與方法

343PhABMT與KI的協(xié)同緩蝕作用

344PhASMT與“1227”的協(xié)同緩蝕作用

345協(xié)同緩蝕體系的吸附熱力學

346小結

35巰基三唑緩蝕劑的構效相關性

351引言

352巰基三唑化合物緩蝕性能與分子結構關系的灰關聯(lián)分析

353小結

4緩蝕劑科技發(fā)展的展望

參考文獻