[发明专利]含N,N’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺的电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电解液制备技术领域，特别涉及一种含有N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂碱性锌镍电池电解液及其制备方法。

背景技术

碱性锌电极在充放电过程中，会出现自腐蚀、枝晶、形变和钝化等问题，其发生原理为：自腐蚀是锌电极在碱性溶液中无数腐蚀微电池作用的结果；锌电极在充放电过程中，产生锌酸盐不在锌电极上沉积，而是在电解液的周围和隔膜上进行沉积，形成枝晶；电池充放电过程中，由于活性物质在电极表面的重新分布，造成锌形变；在高阳极极化作用下，锌电极的表面形成了致密的氧化锌层，使锌电极钝化。过去常用汞在锌表面的汞齐化作用，解决上述问题。但由于汞是剧毒的，因此无汞电池的研制迫在眉睫。对于寻找性能优异的代汞缓蚀添加剂，前人做了大量的工作。表面活性剂应用于电池电解液添加剂，获得了良好的效果，引起了人们广泛的关注。与传统的表面活性剂相比，双子表面活性剂结构中具有二个憎水基和二个亲水基团，由于其特殊结构，吸附性能力增强，使得双子表面活性剂在锌电极表面更易形成一层牢固的保护膜，同时减慢锌离子的沉积速率，抑制枝晶生长，改善电池的充放电性能。本专利提供了一种含有N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂碱性锌镍电池电解液及制备方法，利用红外光谱、核磁共振氢谱对N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂结构进行了表征与确认，同时还研究了双子表面活性剂在水溶液中的表面张力，表面活性参数、热力学性质，通过测试模拟碱性锌镍电池的充放电曲线，评价了N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂作为电池电解液添加剂，对改善碱性锌镍电池的充放电性能的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺的电解液及其制备方法。

本发明的含N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺的电解液含1mmol/L的N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂和ZnO饱和的6mol/L的KOH。

所述N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺双子表面活性剂的结构式为：

。

制备上述含N,N^’-二[2-(1,3-三甘醇甲醚基)丙基]苝二酰亚胺的电解液的具体步骤为：

(1)称取61.94g三甘醇单甲醚与7.32g钠放在三口烧瓶中，在氮气保护、温度100℃的油浴中，回流反应6~8h，称取10.90g环氧氯丙烷逐滴加入上述反应液中，搅拌、50℃下，反应16h，当反应液冷却至室温时，产物先用适量蒸馏水处理后再用二氯甲烷萃取出来，收集有机层，用无水Na₂SO₄干燥，然后有机相用旋转蒸发仪旋蒸除去二氯甲烷溶剂，最后将旋蒸残留物精馏得到3-仲醇化合物34.60g。

(2)称取15.60g步骤(1)制得的3-仲醇化合物、11.79g对苯磺酰氯、1.22g4-二甲氨基吡啶于250mL单口烧瓶中，再滴加30mL除过水的吡啶，通氮气，在室温反应22h，停止反应后，向反应液中加入0℃的3mol/L盐酸溶液40mL，转入分液漏斗中，用20mL乙醚萃取5次，收集有机层，再分别用20mL饱和NaHCO₃和20mL饱和食盐水各洗一次，用无水Na₂SO₄干燥，最后有机相用旋转蒸发仪旋蒸除残留有机溶剂，得油状的黄色有机物，即为磺化产物，磺化产物通过柱层析法分离提纯，吸附剂为200~300目的中性氧化铝，洗脱剂为体积比为5:1的二氯甲烷和乙酸乙酯混合物，以TLC点板为依据，收集含目标产物的洗脱液，用旋转蒸发仪旋蒸除有机溶剂，得到磺化产物21.30g，结构经红外光谱、核磁共振氢谱表征确认。