[發(fā)明專利]一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑及制備方法和超級電容器電解液

有效

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• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107353306B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張敏;查汝華;朱曉蕊
• 申請（專利權(quán)）人: 信陽師范學院
• 主分類號: C07F9/6593
• 分類號: C07F9/6593;H01G11/64
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳勇

本發(fā)明具體涉及一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑及制備方法和使用該阻燃劑的超級電容器電解液。在氮氣保護下，在四氫呋喃和無水碳酸鉀作用下，將六取代環(huán)三磷腈與2,2’－聯(lián)苯二酚反應(yīng)得到中間體I；將4?羥基苯胺與水楊醛反應(yīng)得到中間體II，中間體II與多聚甲醛反應(yīng)得到中間體III；最后將中間體I與中間體III反應(yīng)得到式I所示的含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑；該阻燃劑可用作超級電容器電解液的添加劑，使電解液能自熄達到阻燃效果，且不影響電解液的使用性能，提高了電解液的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑及制備方法和使用該阻燃劑的超級電容器電解液。

背景技術(shù)

超級電容器(Supercapacitor)以其大功率、長壽命、環(huán)保、高效等特點，在電子工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電解液作為超級電容器的主要組成部分，具有提供荷電離子和作為離子遷移傳導媒介的重要作用。電解液的理化性質(zhì)，直接決定和影響電容器產(chǎn)品的性能。有機電解液對超級電容器的容量、內(nèi)阻、溫度特性等性能有著重要影響。有機電解液因為較高的電導率、較寬的電化學窗口、較好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及可接受的成本，在目前的超級電容器市場中成為主流。

目前有機超級電容器電解液多采用碳酸丙烯酯、乙腈、三氯甲基磺酸鹽等高介電常數(shù)的惰性液體作為電解液的溶劑。這類溶劑存在易起火、易分解、易揮發(fā)的缺點，容易引起電容器爆炸起火，給超級電容器市場帶來了巨大的安全隱患。因此，開發(fā)一種能解決以上問題的溶劑，對于超級電容器的可持續(xù)發(fā)展顯得至關(guān)重要。

六氯環(huán)三磷腈化合物是一類耐熱阻燃性能優(yōu)良的雜環(huán)化合物，其每個磷上面連接兩個氯原子，對稱分布在環(huán)的上下兩側(cè)，因其含磷量和含氮量相對較高，使得它相應(yīng)的衍生物也具有相對優(yōu)異的阻燃性和熱穩(wěn)定性。當磷腈化合物遇到到外界高溫侵襲時，磷腈化合物就會發(fā)生降解，首先其降解過程是一個吸熱的過程，這就保證了磷腈具有良好的耐熱性，與此同時磷腈化合物燃燒后，含磷部分生成不可進一步燃燒的亞磷酸、磷酸鹽以及多磷酸鹽，這些物質(zhì)可以覆蓋在材料的表面從而切斷外界氧氣與其接觸，含氮部分在燃燒過程中，會釋放出惰性氣體，形成能夠阻止火勢蔓延的多孔碳層，從而抑制材料的燃燒，起到阻燃的效果。

因此可以將含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物應(yīng)用到超級電容器電解液中，提高超級電容器的安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑；本發(fā)明的另一目的是提供一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑的制備方法；本發(fā)明的再一目的是提供一種含有上述含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑的超級電容器電解液，在超級電容器快速充放電、高溫環(huán)境使用或濫用起火時，電解液能自熄達到阻燃效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑，阻燃劑的化學結(jié)構(gòu)式如式I所示：

其中R為鹵素。

本發(fā)明提供了一種含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：在氮氣保護下，在四氫呋喃和無水碳酸鉀作用下，將六取代環(huán)三磷腈與2,2’－聯(lián)苯二酚反應(yīng)得到中間體I；然后在乙醇作用下，將4-羥基苯胺與水楊醛反應(yīng)得到中間體II；在1,4-二氧六環(huán)作用下，中間體II與多聚甲醛反應(yīng)得到中間體III；最后在氮氣保護下，在四氫呋喃和無水碳酸鉀作用下，將中間體I與中間體III反應(yīng)得到式I所示的含磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)的阻燃劑；

所述六取代環(huán)三磷腈的化學式如式II所示：

其中R為鹵素；

所述中間體I的化學式如式III所示：

其中R為鹵素；

所述中間體II的化學式如IV所示：

所述中間體III的化學式如式V所示：