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锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-8 11:57:03
锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:电池温度随着环境温度逐渐升高,当升到一定值后电池温度急速增加,说明电池内部发生了剧烈的化学反应。当电解液中不含TCEP时,加热电池53min,温度上升到158e时升温速度开始急速增加。当在电解液中添加3(wt)%TCEP后,电池升温53min,在164e时升温速度开始急速增加。电解液加入3(wt)%TCEP不能显著提高电池的安全性,只能使电池的失控温度有所提高。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:但当在电解液中加入715(wt)%TCEP时电池并没有失控,而升高到15415e时电池温度开始下降,随后在147~155e上下波动,表明电解液中含715(wt)%TCEP能很好地起到阻燃效果。由于电池的环境温度是150e,所以电池内部的热量与环境热量存在交换,当电池温度低于150e,主要有两条途径给电池提供能量:其一环境给电池提供能量;其二由于负极表面的SEI膜在120e时就逐渐分解,造成电解液和嵌锂碳负极直接接触发生放热反应,放出大量的热,并且随着电池内部温度的升高这种放热反应剧烈,如果电解液中不含TCEP或含量较少时,电池内部的温度会逐渐升高,最后失控。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:TCEP的分解电位为417V,TCEP在250、280和320e发生连续吸热分解反应。当电池为满电时,在正极表面的TCEP具有较高的电压(412V),比较接近TCEP的分解电压(417V),所以当电池温度为150e时电池内部的TCEP就可能发生吸热分解反应,这种吸热反应一方面吸收环境提供的热量和电解液与嵌锂石墨负极反应放出的热量,因为TCEP的沸点为194e,当电池体系为150e左右时,TCEP并没有气化,而其分解产物氯乙烷的形成过程必然是由液相转化为气相,在这一过程中氯乙烷能起到强烈的制冷作用;另一方面吸热反应吸收了氢自由基,消除了氢自由基发生高温链式放热反应的可能性。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:电池内部温度越接近155e吸热反应越剧烈,TCEP分解和氯乙烷气化吸收的热量就大于环境提供的热量和电解液与嵌锂碳负极发生发热反应放出的热量之和,所以电池温度逐渐降低;而电池内部温度靠近147e,吸热反应程度逐渐降低,低于147e时吸热反应不再发生,所以使得吸热反应和氯乙烷气化吸收的热量小于电池环境提供的热量和电解液与嵌锂碳负极反应放出的热量之和,又使电池温度升高,重复上述过程使得电池温度在147~155e之间波动。而当电解液中TCEP含量较少时起不到上述作用。总体而言,电解液1molPLLiPF6+EC+DMC中添加715(wt)%TCEP就可以起到较好的阻燃作用,有效地的提高了电池的安全性。


(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。


锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:当电解液中不含TCEP时,100次循环后电池的剩余容量为初始容量的9215%,当电解液中含3(wt)%和715(wt)%TCEP时100次循环后容量保持率分别为9310%和8814%,说明电解液中TCEP的含量较高时电池循环衰减相对加剧,但总体而言TCEP对电池循环性能的影响较小。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:电解液中添加715(wt)%TCEP并没有对负极表面形貌造成太大的影响,电池循环100次后负极表面的SEI膜还比较结实,说明TCEP在石墨负极表面具有较好的稳定性,不会在石墨负极表面发生还原分解,进而造成石墨脱落影响电池的循环性能。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:所有图谱均由从高频到中频区两个半圆和低频区一条直线组成,据研究高频半圆代表SEI膜阻抗,而从高频到中频区为电解液和电极之间的电化学反应阻抗,直线部分为锂离子扩散阻抗。

锂离子电池阻燃剂安全性及循环性能的研究:随着电解液中TCEP含量的增加,电解液电阻增加,这是因为TCEP相对粘度较大。当在电解液中添加3(wt)%TCEP时,负极SEI膜阻抗和电化学反应阻抗较空白电池负极都减小,而电解液内阻增加不明显,所以使得其电池循环性能较空白电池略好。

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