新型含磷鋰離子電池阻燃添加劑的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用

鋰離子電池的安全問(wèn)題始終是限制其在電動(dòng)車(chē)及大型儲(chǔ)能設(shè)備中應(yīng)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(jī)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(jīng)濟(jì)有效的方法。本項(xiàng)目中，我們?cè)O(shè)計(jì)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(guān)化合物，探索這些新型膦酸酯的簡(jiǎn)潔合成路線，然后進(jìn)行電解液的穩(wěn)定性和溶解性實(shí)驗(yàn)，初步篩選化合物，通過(guò)燃性能和電化學(xué)性能測(cè)試，從中篩選出具有潛力的電解液添加劑。在此項(xiàng)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(duì)于添加劑的性能有重要影響。最后我們對(duì)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(shí)具有良好的阻燃性能、電導(dǎo)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(dǎo)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(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰離子電池阻燃劑少有報(bào)導(dǎo)，研究新型有機(jī)磷鋰離子電池阻燃劑是一項(xiàng)具有重要科學(xué)意義及應(yīng)用前景的課題。本項(xiàng)目以含不飽和鍵的磷酸酯為研究基礎(chǔ)，合成一系列具有新穎結(jié)構(gòu)的有機(jī)磷化合物并探索它們的阻燃功能及電化學(xué)性能。研究?jī)?nèi)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(shè)計(jì)分子的有效經(jīng)濟(jì)途徑；探索有機(jī)磷化合物的結(jié)構(gòu)和阻燃性能的關(guān)系；運(yùn)用多種技術(shù)對(duì)特種有機(jī)磷分子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)波譜來(lái)建立一個(gè)快速的含磷鋰離子電池阻燃劑的篩選方法；通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)及理論數(shù)據(jù)，總結(jié)分析這些磷化合物的阻燃及電化學(xué)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(jié)構(gòu)單元的鋰離子電池阻燃劑提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

本書(shū)在參考、引用大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)之上，結(jié)合作者自己的研究工作，介紹了兩類(lèi)環(huán)境友好的新型緩蝕劑——氨荒酸鹽類(lèi)緩蝕劑和巰基三唑緩蝕劑的合成方法、緩蝕機(jī)理，緩蝕效率的檢測(cè)與表征，應(yīng)用。本書(shū)內(nèi)容實(shí)用、新穎，可供從事腐蝕與防護(hù)方面的技術(shù)和研究人員參考，對(duì)從事緩蝕劑研究、復(fù)配與生產(chǎn)的研究與工程技術(shù)人員具有指導(dǎo)作用，也可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生的參考書(shū)。

1緒論

11緩蝕劑概述

12緩蝕劑的作用機(jī)理

121緩蝕機(jī)理概述

122緩蝕機(jī)理的研究方法

123緩蝕劑的構(gòu)效相關(guān)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(jìn)作用

133協(xié)同效應(yīng)

134作用機(jī)理

14緩蝕劑的協(xié)同機(jī)理

141零電荷電位的移動(dòng)

142腐蝕電化學(xué)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(lèi)

152制備與應(yīng)用

153分子設(shè)計(jì)

2氨荒酸鹽類(lèi)緩蝕劑的合成及緩蝕殺菌機(jī)理

21氨荒酸鹽類(lèi)緩蝕劑的合成及殺菌性能評(píng)價(jià)

211簡(jiǎn)介

212實(shí)驗(yàn)

213小結(jié)

22氨荒酸鹽類(lèi)緩蝕劑的緩蝕性能評(píng)價(jià)

221簡(jiǎn)介

222實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法

223實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

224小結(jié)

23SDEDTC對(duì)碳鋼在鹽酸介質(zhì)中的緩蝕機(jī)理

231簡(jiǎn)介

232利用交流阻抗技術(shù)分析氨荒酸鹽的緩蝕機(jī)理

233SDEDTC的陽(yáng)極吸、脫附

234氨荒酸鹽類(lèi)緩蝕劑抑制碳鋼在酸中腐蝕的灰關(guān)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(jī)理分析

238小結(jié)

24SDEDTC與BAA的緩蝕協(xié)同效應(yīng)

241簡(jiǎn)介

242實(shí)驗(yàn)方法

243結(jié)果與討論

244小結(jié)

3巰基三唑緩蝕劑的合成及緩蝕機(jī)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(shí)驗(yàn)

313巰基三唑緩蝕劑對(duì)酸性介質(zhì)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(jī)理

315小結(jié)

32巰基三唑緩蝕劑在電極上的吸附與陽(yáng)極脫附

321引言

322實(shí)驗(yàn)材料與方法

323實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

324小結(jié)

33巰基三唑緩蝕劑在電極表面的吸附熱力學(xué)與吸附動(dòng)力學(xué)

331引言

332實(shí)驗(yàn)材料與方法

333巰基三唑緩蝕體系的吸附熱力學(xué)

334巰基三唑緩蝕劑在電極上的吸附動(dòng)力學(xué)

335小結(jié)

34巰基三唑緩蝕體系的協(xié)同效應(yīng)

341引言

342實(shí)驗(yàn)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(xué)

346小結(jié)

35巰基三唑緩蝕劑的構(gòu)效相關(guān)性

351引言

352巰基三唑化合物緩蝕性能與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系的灰關(guān)聯(lián)分析

353小結(jié)

4緩蝕劑科技發(fā)展的展望

參考文獻(xiàn)