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锂离子电池电解液中的阻燃剂 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-23 12:14:04
不同的正负极材料选择合适的电解液体系,并不能保证电池具备好的电化学性能,还要根据不同正极材料需求确定恰当的电解液量。锂离子电池电解液中的阻燃剂能有效提高热稳定性。

锂离子电池电解液中的阻燃剂需求的判断标准。电解液作为锂离子迁移和电荷传递的介质,为确保活性物质得到充分应用, 要求电芯卷芯各空隙充满电解液。各正极材料压实密度不一样,对电解液量的需求互有差异。一般情况是压实密度大的钴酸锂正极材料电解液的需求小,压实密度低的三元和锰酸锂正极体系电池电解液需求最大。 

锂离子电池电解液中的阻燃剂对电池性能的影响。滴加很少的电解液充放电曲线不正常,充电容量远大于其他值,放电容量远小于其他值。容量随着电解液量的增加而增加,容量最好的电池是隔膜刚好浸润。可见电解液量不够,正极片浸润不充分,隔膜未浸润,导致内阻偏大,容量发挥较低。电解液量的增加有利于充分利用活性物质的容量。由此说明,电池容量与电解液量有较大关系,电池容量随着电解液量的增加而增加,但最后基本趋于恒定。

电解液量对电池循环性能的影响:看随着倍率的增加容量差别更明显,电池的循环性能变差。电解液量较少,导电率降低,循环后内阻增大快,加速电池局部电解液的分解或挥发,是电池循环性能的恶化速度逐渐加快。电解液过多导致 电芯的副反应也相对增加,产气量较多,导致电芯的循环性能下降。再者电解液过量也浪费。由此可见电解液量对电池的循环性能影响非常明显,电解液过少或过多,都不利于电池的循环性能。

电解液量对电池安全性能的影响 电池的安全性能好主要是使用过程中不出现鼓壳和爆炸。电池爆炸的其中一个原因就是注液量达不到工艺要求。当电解液量过少时,电池内阻大,发热多。温度升高导致电解液迅速分解产气,隔膜融化,造成电池气胀短路爆炸。而当电解液量过多时,充放电过程产生的气体量大, 电池内部压力大,壳体破裂,引起电解液泄露。电解液温度较高时,遇到空气而着火。


(TMP)基本资料

中文名:,三甲基磷酸酯

外文名:Trimethyl phosphate 

外观:无色透明液体

色度<20

密度:1.197

闪点:107℃

熔点:-46℃

沸点:197℃

含量(GC%)≥99%

折射率:1.395-1.397

水分含量1.130?1.150

酸值(mgKOH/ G)≤0.20

水溶性:500克/升(25℃)

比重(20/20℃)1.213-1.217

折射指数(ND20)1.393-1.397

原材料:三氯氧磷与甲醇在碳酸钾存在下反应生成。

包装方式:净重200KG/镀锌铁桶(一个小柜打托装16吨)、1000KG/IB桶(一个小柜装18吨)或23吨ISOTANK。


电解液是锂离子电池不可或缺的重要组成部分,是锂离子电池获得高电压、高能量密度、高循环性能等优点的必备条件。电解液的组成决定了电解液的性能,不同的有机溶剂适用不同的锂盐,不同的电解液适合不同的正负极材料。只有选择了恰当电解液体系和恰当的电解液量,才能保证电池具备良好的电化学性能。

另一类过充保护添加剂的电聚合产物则是高阻抗物质。它们附着在电极片上或隔膜上,增大 电池的内阻,使充电过程结束。Feng等分别研究了一系列甲基苯的衍生物甲苯、二甲苯和1,2,42三甲苯作为电池CΠ1molΠLLiPF6+EC+DECΠLiCoO2体系的电聚合添加剂的电化学行为,发现二甲苯的添加量为5%时聚合效果最好。当发生过充(超过415V)时,添加剂就会在正极表面聚合生成一层致密的电绝缘物质,阻止电活性材料和电解质的进一步氧化,改善锂离子电池对过充电的承受能力。低含量的添加剂就能起到过充保护作用的原因是当充电电压达到二甲苯的氧化电位时,二甲苯就开始在正极表面发生聚合反应,每个二甲苯分子释放出2个质子。质子扩散到负极处并在那里还原为氢分子。这些氢分子又在正极处氧化为质子。这一质子2氢气循环实际成为往返于正负电极之间的氧化还原梭。

朱亚薇等以环己基苯和二甲苯作为电聚合过充保护添加剂也得到了类似的结果。使用含5%添加剂的电解液的600mAh锂离子电池可耐3CΠ10V过充,添加剂对处于正常充放电状态电池的电化学性能影响很小。

Korepp等在成膜添加剂苯甲基异氰酸酯(BIC)中加入Br2,形成化合物四溴苯甲基异氰酸酯(Br2BIC)。研究发现Br2BIC具有大于5V的聚合电势,能在电极表面形成可能是电子绝缘(他们未对膜 的导电性质作表征)的保护膜,防止电池过充。而以BIC为添加剂进行过充试验则会发生电池爆炸。有意思的是,这两种添加剂都有助于在石墨负极表面形成一层固体电解质界面膜(SEI),防止丙烯碳酸酯(PC)分子的共嵌入石墨碳电极中。

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