[发明专利]一种含磷腈环结构的阻燃剂及制备方法和超级电容器电解液

说明书

本发明具体涉及一种含磷腈环结构的阻燃剂及制备方法和使用该阻燃剂的超级电容器电解液。在氮气保护下，在四氢呋喃和无水碳酸钾作用下，将六取代环三磷腈与2,2’－联苯二酚反应得到中间体I；将4‑羟基苯胺与水杨醛反应得到中间体II，中间体II与多聚甲醛反应得到中间体III；最后将中间体I与中间体III反应得到式I所示的含磷腈环结构的阻燃剂；该阻燃剂可用作超级电容器电解液的添加剂，使电解液能自熄达到阻燃效果，且不影响电解液的使用性能，提高了电解液的安全性。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种含磷腈环结构的阻燃剂及制备方法和使用该阻燃剂的超级电容器电解液。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)以其大功率、长寿命、环保、高效等特点，在电子工业领域得到广泛应用。电解液作为超级电容器的主要组成部分，具有提供荷电离子和作为离子迁移传导媒介的重要作用。电解液的理化性质，直接决定和影响电容器产品的性能。有机电解液对超级电容器的容量、内阻、温度特性等性能有着重要影响。有机电解液因为较高的电导率、较宽的电化学窗口、较好的化学稳定性和热稳定性及可接受的成本，在目前的超级电容器市场中成为主流。

目前有机超级电容器电解液多采用碳酸丙烯酯、乙腈、三氯甲基磺酸盐等高介电常数的惰性液体作为电解液的溶剂。这类溶剂存在易起火、易分解、易挥发的缺点，容易引起电容器爆炸起火，给超级电容器市场带来了巨大的安全隐患。因此，开发一种能解决以上问题的溶剂，对于超级电容器的可持续发展显得至关重要。

六氯环三磷腈化合物是一类耐热阻燃性能优良的杂环化合物，其每个磷上面连接两个氯原子，对称分布在环的上下两侧，因其含磷量和含氮量相对较高，使得它相应的衍生物也具有相对优异的阻燃性和热稳定性。当磷腈化合物遇到到外界高温侵袭时，磷腈化合物就会发生降解，首先其降解过程是一个吸热的过程，这就保证了磷腈具有良好的耐热性，与此同时磷腈化合物燃烧后，含磷部分生成不可进一步燃烧的亚磷酸、磷酸盐以及多磷酸盐，这些物质可以覆盖在材料的表面从而切断外界氧气与其接触，含氮部分在燃烧过程中，会释放出惰性气体，形成能够阻止火势蔓延的多孔碳层，从而抑制材料的燃烧，起到阻燃的效果。

因此可以将含磷腈环结构的化合物应用到超级电容器电解液中，提高超级电容器的安全性。

发明内容

本发明目的是提供一种含磷腈环结构的阻燃剂；本发明的另一目的是提供一种含磷腈环结构的阻燃剂的制备方法；本发明的再一目的是提供一种含有上述含磷腈环结构的阻燃剂的超级电容器电解液，在超级电容器快速充放电、高温环境使用或滥用起火时，电解液能自熄达到阻燃效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种含磷腈环结构的阻燃剂，阻燃剂的化学结构式如式I所示：

其中R为卤素。

本发明提供了一种含磷腈环结构的阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：在氮气保护下，在四氢呋喃和无水碳酸钾作用下，将六取代环三磷腈与2,2’－联苯二酚反应得到中间体I；然后在乙醇作用下，将4-羟基苯胺与水杨醛反应得到中间体II；在1,4-二氧六环作用下，中间体II与多聚甲醛反应得到中间体III；最后在氮气保护下，在四氢呋喃和无水碳酸钾作用下，将中间体I与中间体III反应得到式I所示的含磷腈环结构的阻燃剂；

所述六取代环三磷腈的化学式如式II所示：

其中R为卤素；

所述中间体I的化学式如式III所示：

其中R为卤素；

所述中间体II的化学式如IV所示：

所述中间体III的化学式如式V所示：