新型含磷锂离子电池阻燃添加剂的设计、合成与应用

锂离子电池的安全问题始终是限制其在电动车及大型储能设备中应用的重大阻碍。由于目前商业化的电解液主要采用高度可燃的有机碳酸酯作为溶剂，阻燃添加剂是目前提高电解液安全性能最为经济有效的方法。本项目中，我们设计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、环状膦酸酯、杂环膦酸酯、羰基膦酸酯、含氟膦酸酯、含氮膦酸酯等相关化合物，探索这些新型膦酸酯的简洁合成路线，然后进行电解液的稳定性和溶解性实验，初步筛选化合物，通过燃性能和电化学性能测试，从中筛选出具有潜力的电解液添加剂。在此项研究中，我们发现磷、氮、双键协同的化合物具有较好的阻燃效果，其中不饱和双键的位置对于添加剂的性能有重要影响。最后我们对丙烯基膦酸二甲酯（DMAP）和丙烯基膦酸二乙酯（DEAP）的性能做了具体研究，得出电解液含有5% 的添加剂时具有良好的阻燃性能、电导率性能，以及与Li/FePO4的兼容性能。含有双键的新型磷酰胺双功能添加剂，N,N-二烯丙基-二乙氧基磷酰胺酰胺（DADEPA），该添加剂能够明显改善电解液的阻燃性能、电导率性能、热性能，并且适量DADEPA的存在能够提高Li/LiFePO4电池在大倍率条件下的电池容量，在Li/石墨电池中也表现出了优异的性能。

具有自主知识产权的锂离子电池阻燃剂少有报导，研究新型有机磷锂离子电池阻燃剂是一项具有重要科学意义及应用前景的课题。本项目以含不饱和键的磷酸酯为研究基础，合成一系列具有新颖结构的有机磷化合物并探索它们的阻燃功能及电化学性能。研究内容包括制备炔基磷酸酯、烯基磷酸酯、环状磷酸酯、高含磷化合物；建立能够合成这些人工设计分子的有效经济途径；探索有机磷化合物的结构和阻燃性能的关系；运用多种技术对特种有机磷分子进行综合评价，通过波谱来建立一个快速的含磷锂离子电池阻燃剂的筛选方法；通过分析实验及理论数据，总结分析这些磷化合物的阻燃及电化学规律，为最终建立以含不饱和键的磷酸酯和高含磷化合物为结构单元的锂离子电池阻燃剂提供理论和实验基础。

本书在参考、引用大量国内外文献资料的基础之上，结合作者自己的研究工作，介绍了两类环境友好的新型缓蚀剂——氨荒酸盐类缓蚀剂和巯基三唑缓蚀剂的合成方法、缓蚀机理，缓蚀效率的检测与表征，应用。本书内容实用、新颖，可供从事腐蚀与防护方面的技术和研究人员参考，对从事缓蚀剂研究、复配与生产的研究与工程技术人员具有指导作用，也可作为高等院校相关专业师生的参考书。

1绪论

11缓蚀剂概述

12缓蚀剂的作用机理

121缓蚀机理概述

122缓蚀机理的研究方法

123缓蚀剂的构效相关性

124缓蚀剂在金属表面吸附的理论

13含硫、氮缓蚀剂的缓蚀行为

131概述

132浓度极值、抑制作用和促进作用

133协同效应

134作用机理

14缓蚀剂的协同机理

141零电荷电位的移动

142腐蚀电化学行为

143不同的吸附模型

15环境友好缓蚀剂概述

151种类

152制备与应用

153分子设计

2氨荒酸盐类缓蚀剂的合成及缓蚀杀菌机理

21氨荒酸盐类缓蚀剂的合成及杀菌性能评价

211简介

212实验

213小结

22氨荒酸盐类缓蚀剂的缓蚀性能评价

221简介

222实验材料和实验方法

223实验结果与讨论

224小结

23SDEDTC对碳钢在盐酸介质中的缓蚀机理

231简介

232利用交流阻抗技术分析氨荒酸盐的缓蚀机理

233SDEDTC的阳极吸、脱附

234氨荒酸盐类缓蚀剂抑制碳钢在酸中腐蚀的灰关联分析

235氨荒酸盐在酸中抑制碳钢腐蚀的吸附膜表面分析

236缓蚀剂SDEDTC的吸附等温式

237SDEDTC缓蚀剂的作用机理分析

238小结

24SDEDTC与BAA的缓蚀协同效应

241简介

242实验方法

243结果与讨论

244小结

3巯基三唑缓蚀剂的合成及缓蚀机理

31巯基三唑缓蚀剂的合成及缓蚀作用

311引言

312实验

313巯基三唑缓蚀剂对酸性介质中金属的缓蚀作用

314HCl溶液中巯基三唑缓蚀剂的作用机理

315小结

32巯基三唑缓蚀剂在电极上的吸附与阳极脱附

321引言

322实验材料与方法

323实验结果与讨论

324小结

33巯基三唑缓蚀剂在电极表面的吸附热力学与吸附动力学

331引言

332实验材料与方法

333巯基三唑缓蚀体系的吸附热力学

334巯基三唑缓蚀剂在电极上的吸附动力学

335小结

34巯基三唑缓蚀体系的协同效应

341引言

342实验材料与方法

343PhABMT与KI的协同缓蚀作用

344PhASMT与“1227”的协同缓蚀作用

345协同缓蚀体系的吸附热力学

346小结

35巯基三唑缓蚀剂的构效相关性

351引言

352巯基三唑化合物缓蚀性能与分子结构关系的灰关联分析

353小结

4缓蚀剂科技发展的展望

参考文献