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锂离子电池新型阻燃剂 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-18 17:32:14
随着近年来锂离子电池工业的迅速发展,锂离子电池新型阻燃剂的研究与开发已经成为锂离子电池研究中一个活跃的领域,并在国内外取得了进展。同时,还有一些添加剂如防止过充电添加剂、控制电解液中水和HF的添加剂。

锂离子电池新型阻燃剂用于锂离子电池的研究目标是进一步提高电池的整体电化学性能,实现锂离子电池的跨越式发展和市场创新,拓宽锂离子电池的应用范围。从这个意义上讲,多功能锂离子电池新型阻燃剂将成为未来发展的主体方向,要实现这一目标,必须正确把握该领域的发展方向,力争在选择、合成和优化添加剂性能方面取得新的突破。

手机、笔记本电脑摄像机以及电动汽车、电动自行车,都要求有能量高、体积小性能可靠的电源做动力,特别是对比能量高的电池的需要越来越迫切,这种需求为锂离子电池的研制开发提供了切实的动力。这对于减少环境污染、解决天然燃料面临枯竭、保证人类社会可持续发展有深远的现实意义。

锂离子电池生产厂家本身不具有配制电解液的相应设备和技术,使用的电解液一般从德国或日本进口,国内提供的电解质及电解液质量上达不到使用要求。随着锂离子电池在电池行业中所占市场份额的增大,相应的电解液的需求量也不断增加,因此研制出合格的电解液,在国内有着广阔的市场前景。

氟代碳酸乙烯酯能量远低于非氟代碳酸酯溶剂,其在 Pt电极上的氧化电位高达 3 V,甲基 2,2,2- 三氟乙基碳酸酯和乙基 2,2,2- 三氟乙基碳酸酯的氧化电位高达 5.8~5.9 V,远高于未氟代的碳酸二甲酯和碳酸甲基乙基酯。

乙腈是最简单最常见的腈类有机溶剂,但其氧化电位仅为 3.8 V,不能满足锂离子电池的使用需求。丁二腈因在-30~57 ℃区间内存在塑性晶体相而广泛用于负极电位高于 1.3 V的锂离子电池固态聚合物电解质中 。


(TMP)主要用作医药、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。


一般含腈基的有机溶剂的反应产物是羧化物、醛或相应的有机胺,因此腈基溶剂在使用过程中是安全的,不用担心因剧毒的 CN - 离子的出现而影响使用。其中 GLN 和 AND 在众多二腈基溶剂中表现出最佳的热稳定性、低粘度和高介电常数等优点。

但是,腈类溶剂与锂离子电池的石墨或金属锂等低电位负极相容性较差,极易在负极表面发生聚合反应,聚合产物会阻止 Li + 的脱嵌添加适量的 EC 或 LiBOB 可以改善此类溶剂与低电位负极的相容性。室温下 AND 或 GLN 与共溶剂 EC 组成的电解液具有较高的离子电导率和较低的粘度,完全满足锂离子电池的充放电需求且使用后电池循环性能较好。

控制电解液中酸和水含量的添加剂目前用的锂盐多是 LiPF 6 ,而 LiPF 6 对水份和 HF 酸及其敏感。因此锂离子电池对电解液中的水和酸要求非常严格。在电解液中添加对水和酸起稳定作用的稳定剂是解决水对电池性能破坏的有效途径之一。

稳定剂的作用原理是能与水或 HF 分子反应形成氢键或者与 PF 6 - /PF 5 形成络合物。因此有机胺或亚胺类物质兼具吸附型和反应型稳定剂的双重特点,所以研究的较多碳化二亚胺类化合物能与水形成较弱的氢键,阻止水与锂盐反应生产 HF 酸。

用金属锂直接用作阳极材料具有很高的可逆容量,其理论容量是石墨材料的十几倍,价格也较低,被看作新一代锂离子电池最有吸引力的阳极材料,但会产生枝晶锂。采用固体电解质作为离子的传导可抑制枝晶锂的生长,使得金属锂用作阳极材料成为可能。此外使用固体电解质可避免液态电解液漏液的缺点,还可把电池做成更薄、能量密度更高、体积更小的高能电池。

电池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。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。

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