CN104332663B - 含4-硝基苯肼基缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液及制备方法 - Google Patents

含4-硝基苯肼基缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液及其制备方法。该含4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液由浓度为0.7mmol/L的4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂和浓度为6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液组成；所述4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的结构式为：。称取上述4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂，溶解于含饱和ZnO的KOH溶液中，充分混合，即制得含4‑硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液。

Description

含4-硝基苯肼基缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液及 制备方法
技术领域
本发明属于电解液技术领域，特别涉及一种含有4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的碱性锌电池电解液及其制备方法。
背景技术
锌由于来源丰富、价格便宜、毒性低、比能量高、电极电位低等优点成为碱性锌锰、锌空气、锌镍、锌氧化银等电池的负极材料。目前各种便携式电器发展迅速，高性能小型密封电池广泛应用于军事、航空、商业等领域。但二次碱性锌电池中锌电极在充放电过程中普遍存在锌变形、锌枝晶、自腐蚀、钝化等问题，降低了电池容量，减少了电池循环使用次数，使其应用受到了限制。过去通常利用汞在锌表面汞齐化技术，解决上述问题，但由于汞是剧毒物质，因此无汞电池的研制成为迫在眉睫的问题，代汞缓蚀添加剂是解决此问题的重要途径。目前研究的代汞缓蚀添加剂主要分为电极缓蚀添加剂、电解液缓蚀添加剂两种类型。但目前所研发的代汞缓蚀添加剂往往会降低电池的充放电能力，尤其是高倍率下的电池充放电能力，尚未找到一种能完全替代汞的物质。表面活性剂具有两亲结构，其亲水基容易吸附在金属表面上，而亲油基-----长的烷基碳链指向腐蚀介质，在金属表面形成一层保护膜，能有效的阻止金属的腐蚀过程。席夫碱缓蚀剂的缓蚀效果是有目共睹的，如果将席夫碱基团引入表面活性剂中，应该能制备出适合碱性锌电池用的缓蚀添加剂。本发明的含有4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的碱性锌电池电解液及其制备方法，这一研究成果对含席夫碱表面活性剂作为碱性锌电池代汞缓蚀添加剂提供依据，未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的碱性锌电池电解液及其制备方法。
本发明的含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液由浓度为0.7mmol/L的4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂和浓度为6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液组成。
所述4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的结构式为：
制备上述含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液的具体步骤为：
(1)按照摩尔比为2:0.125:1.25分别称取3克对羧基苯甲醛、0.153克4-二甲氨基吡啶DMAP和2.58克二环己基碳二亚胺DCC于三口烧瓶中，将三口烧瓶放在水浴锅中，称取2.58克聚乙二醇400月桂酸单酯溶于10mL二氯甲烷，放入恒压漏斗中，缓慢滴入三口烧瓶中，常温下开始反应，加入磁子匀速搅拌，反应在氮气保护下进行24小时，反应完成后，将反应液放入冰箱中冷冻15分钟，析出二环己基脲沉淀，抽滤，将所得滤液进行旋转蒸发，制得白色粘稠油状固体，即为对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯。
(2)称量2.912克步骤(1)制备的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯溶解于20mL乙醇中，制得对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液；称取1克4-硝基苯肼加入三口烧瓶，用30mL乙醇溶解，溶解完成后将三口烧瓶置于甘油浴锅中加热，温度设定70℃，加入磁子匀速搅拌，待温度升至70℃时，用恒压漏斗将制得的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液缓慢滴入三口烧瓶中反应6小时，反应结束后，将反应液进行旋转蒸发回收乙醇溶剂，得黄色粘稠油状固体，即为4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂。
(3)称取步骤(2)制得的4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂，溶解于6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液中，使4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂在溶液中的浓度为0.7mmol/L，充分混合，即制得含有4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的碱性锌电池电解液。
本发明的电解液组装成模拟碱性锌镍电池，与空白实验对比，结果表明，添加4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂能显著提高电池的性能，在首次和多次充放电循环过程中，电池容量的衰减明显变慢；且本发明的表面活性剂具有两亲结构，其亲水基容易吸附在金属表面上，而亲油基-----长的烷基碳链指向腐蚀介质，在金属表面形成一层保护膜，能有效的阻止金属的腐蚀过程。
附图说明
图1为本发明制备含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液的工艺流程图。
图2为本发明实施例中含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂(M2)的电解液组装的碱性锌镍电池与空白对照电池的首次冲放电曲线。从图中可见，涂膏式锌电极和镍电极组成的碱性电池充电平台在1.5V～1.8V，放电平台在1.6V～1.8V，充放电之间电位差值较小，可见电池具有较好可逆性能。在同等条件下，添加了本发明实施例制备的含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂(M2)的电解液与未添加的空白组对比，添加M2后，碱性锌镍电池具有较长的放电时间，表明本发明实施例制备的M2对锌电极在碱性条件下的腐蚀、枝晶、变形、锌迁移，有较好的抑制作用，并且与空白电解液比较，该涂膏式锌电极具有较高的放电容量。
图3为本发明实施例中含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂(M2)的电解液组装的碱性锌镍电池与空白对照电池多次充放电曲线图。从图中可见，在模拟碱性锌镍电池的30次充放电过程中，电池容量相对稳定。添加本发明实施例制备的含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂(M2)的电解液与未添加的空白组对比，添加M2后，电池容量增加，循环的次数增多，电池循环性能较好，这是因为M2对锌电极的腐蚀，枝晶，钝化等有较好的抑制作用，能较大程度的延长电池的使用寿命和循环次数。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例：
(1)按照摩尔比为2:0.125:1.25分别称取3克对羧基苯甲醛、0.153克4-二甲氨基吡啶DMAP和2.58克二环己基碳二亚胺DCC于三口烧瓶中，将三口烧瓶放在水浴锅中，称取2.58克聚乙二醇400月桂酸单酯溶于10mL二氯甲烷，放入恒压漏斗中，缓慢滴入三口烧瓶中，常温下开始反应，加入磁子匀速搅拌，反应在氮气保护下进行24小时，反应完成后，将反应液放入冰箱中冷冻15分钟，析出二环己基脲沉淀，抽滤，将所得滤液进行旋转蒸发，制得白色粘稠油状固体，即为对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯。
(2)称量2.912克步骤(1)制备的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯溶解于20mL乙醇中，制得对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液；称取1克4-硝基苯肼加入三口烧瓶，用30mL乙醇溶解，溶解完成后将三口烧瓶置于甘油浴锅中加热，温度设定70℃，加入磁子匀速搅拌，待温度升至70℃时，用恒压漏斗将制得的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液缓慢滴入三口烧瓶中反应6小时，反应结束后，将反应液进行旋转蒸发回收乙醇溶剂，得黄色粘稠油状固体，即为4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂。
(3)称取步骤(2)制得的4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂，溶解于6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液中，使4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂在溶液中的浓度为0.7mmol/L，充分混合，即制得含有4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂(记为M2)的碱性锌电池电解液。
上述4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的结构式为：
对本实施例制备的碱性锌电池电解液进行性能测评，与空白实验对比，具体如下：
首先将本实施例制备的碱性锌电池电解液组装成模拟碱性锌镍电池，通过测定电池充放电曲线和多次充放电容量变化曲线，以评价上述电解液的综合性能。实验时，涂膏式锌电极作为负极(面积为1×3cm)，镍为正极，正、负极的面积比为1:3，且用水化纤维素膜隔开，避免实验过程中正负极接触。充电时间为2小时，充电电流设定为60mA，放电电流为30mA，放电终止电压为1V，进行1次充放电循环，用放电电压对放电时间作图，得电池充放电曲线，如图2所示。充电时间为2小时，充电电流设定为60mA，放电电流为30mA，放电终止电压为1V，进行30次充放电循环，用放电容量对充放电循环次数作图，得多次充放电容量变化曲线，如图3所示。

Claims (2)

1.一种含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液，其特征在于该含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液由浓度为0.7mmol/L的4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂和浓度为6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液组成；
所述4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的结构式为：
。
2.根据权利要求1所述的含4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的电解液的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)按照摩尔比为2:0.125:1.25分别称取3克对羧基苯甲醛、0.153克4-二甲氨基吡啶DMAP和2.58克二环己基碳二亚胺DCC于三口烧瓶中，将三口烧瓶放在水浴锅中，称取2.58克聚乙二醇400月桂酸单酯溶于10mL二氯甲烷，放入恒压漏斗中，缓慢滴入三口烧瓶中，常温下开始反应，加入磁子匀速搅拌，反应在氮气保护下进行24小时，反应完成后，将反应液放入冰箱中冷冻15分钟，析出二环己基脲沉淀，抽滤，将所得滤液进行旋转蒸发，制得白色粘稠油状固体，即为对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯；
(2)称量2.912克步骤(1)制备的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯溶解于20mL乙醇中，制得对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液；称取1克 4-硝基苯肼加入三口烧瓶，用30mL乙醇溶解，溶解完成后将三口烧瓶置于甘油浴锅中加热，温度设定70℃，加入磁子匀速搅拌，待温度升至70℃时，用恒压漏斗将制得的对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸单酯乙醇溶液缓慢滴入三口烧瓶中反应6小时，反应结束后，将反应液进行旋转蒸发回收乙醇溶剂，得黄色粘稠油状固体，即为4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂；
(3)称取步骤(2)制得的4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂，溶解于6mol/L含饱和ZnO的KOH溶液中，使4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂在溶液中的浓度为0.7mmol/L，充分混合，即制得含有4-硝基苯肼缩对羧基苯甲醛聚乙二醇400月桂酸酯表面活性剂的碱性锌电池电解液。
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