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锂离子电池电解液阻燃剂研究方向 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-25 20:04:19

本文叙述了锂离子电池电解液阻燃剂研究方向,并归纳阐述了阻燃添加剂的工作原理。

阻燃添加剂分为有机磷系阻燃添加剂、含氮化合物阻燃添加剂、卤代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加剂、复合阻燃添加剂以及阻燃与成膜双功能添加剂。复合阻燃添加剂、双功能添加剂将会成为今后锂离子电池电解液阻燃剂研究方向。

伴随着工业和经济的快速发展带来的一次能源匮乏和环境污染问题,开发利用新的绿色可再生能源成为化学电源领域的发展方向.锂离子电池具有高电压、高能量密度、循环寿命长、记忆效应小、绿色环保等优点,已成为目前最有前途和竞争力的高科技产品之一,目前,锂离子电池已广泛应用于便携式传统电子设备、电动工具等领域,在新能源汽车、储能电站等方面的应用也在世界各国蓬勃发展.应用领域的迅速拓展对锂离子电池的性能提出更高的要求,针对不同的应用需求,锂离子电池面临着更高的能量密度、更低的成本、更好的安全可靠性等挑战.尤其是电动汽车和能源存储用锂离子电池,其容量需求远远大于便携式电子设备,使用条件也更为复杂,因此其安全性能更为关键,甚至已经成为目前阻碍大规模应用的技术瓶颈。锂离子电池电解液阻燃剂研究方向决定了锂离子电池的发展前景。

针对锂离子电池的安全性问题,国内外有关组织相继制定了测试标准,包括UnderwritersLaboratories(UL),UnitedNations(UN),InternationalElectroG technicalCommission(IEC),JapanBatteryAssociaGtion(JBA)以及中国国家标准(GB) 等.模拟实际使用时可能发生的滥用情况进行安全监测.目前普遍使用的安全检测项目包括3个方面:热滥用、机械滥用和电滥用。

电解液作为锂离子电池的重要组成部分,是造成电池安全问题的重要原因之一.现在普遍采用的锂离子电池电解液的主要组成部分是烷基碳酸酯,具有热稳定性低、易燃易爆、使用温度范围窄等缺陷.在非常规环境中,很容易造成锂离子电池的热失控,引起冒烟起火甚至爆炸等危害人身和财产安全的不良后果。


(TMP)用途

用途一:锂离子电池用阻燃添加剂

用途二:主要用作医药、农药的溶剂和萃取剂

用途三:用作测定锆的试剂、溶剂、萃取剂及气相色谱固定液。

用途四:锆的测定。气相色谱固定液(最高使用温度50,溶剂为乙醚)。溶剂。萃取剂。半导体扩散源。

用途五:主要用作医药和农药的溶剂及萃取剂。农药中间体。在日本,主要用作纺织油剂和聚合物的防着色剂。

用途六:医药、农药的溶剂和萃取剂,用作测定锆的试剂、溶剂、萃取剂及气相色谱固定液, 也用作医药和农药的溶剂及萃取剂。在日本,用作纺织油剂和聚合物的防着色剂,锂离子电池用阻燃添加剂。


使用添加剂改善锂离子电池电解质的性能是最经济有效的方法之一.添加剂具有用量少(通常少于 5%) 、效果显著的特点,可以改善甚至提高常规电解液的功能.阻燃添加剂可以降低有机电解质的可燃性,使其难燃甚至不可燃,同时提高其热稳定性,是一种简单实用的安全保护方法。

锂离子电池传统电解质具有较高的蒸汽压和较低的闪点.电池在过充、高温、针刺或挤压等滥用的情况下,处于充电状态的正极材料具有强氧化性,稳定性 差,容易释放出氧气 ,氧气与碳酸酯反应放出大量的热和气体,使电池的温度升高,引起更多的反应发生,导致电池系统的破坏;同时处于充电状态的负极材料具有强还原性,与氧气接触会发生强烈氧化还原反应,这些反应产生的大量热量如不能及时散失到周围环境中,必将导致热失控的产生,最终导致电池的燃烧甚至爆炸.因此改善电解液的热稳定性是提高电池安全性的一个重要途径,而阻燃添加剂是提高电解液热稳定性的重要手段,阻燃添加剂又可以根据阻燃元素的不同分为有机磷系阻燃添加剂、含氮化合物阻燃添加剂、卤代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加剂以及复合阻燃添加剂这5个主要类别。

作者通过XPS、FTGIRGATR测试对DMAc的作用机理进行了分析, 标准电解液1mol/LLiPF6 /m(EC)∶m(DMC)∶m(DEC)=1∶1∶1在高温下LiPF6反应生成L iF和PF5,而PF5与衡量的水快速反应生成HF,HF的存在会导致Fe的溶解.DMAc能够与PF5反应生成PF5GDMAc复合物,从而抑制了HF的生成.YoungGHy unCho等 提出两种含CC双键的新型阻燃添加剂, 三聚氰酸三烯丙酯(TAC)和三烯丙基异氰酸酯(TAG IC) ,它们是同分异构体,带有双键的阻燃添加剂不仅能够提高电解质的阻燃性还能保护正极 材料.不饱和CC双键可以形成良好的正极保护膜,能有效抑制正极金属氧化物高温分解。

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