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锂离子电池阻燃剂的研究 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-25 19:59:46
安全问题是锂离子电池市场发展的重要前提,特别是锂离子电池在电动自行车、电动汽车等领域的应用对锂离子电池的安全性提出了更高、更新的要求,锂离子电池阻燃剂的研究是最热门的项目之一。

与其它的二次电池不同,锂离子电池电解液溶剂使用的是易挥发、易燃的有机碳酸酯,在锂离子电池滥用或受热的情况下,锂离子电池在局部会产生上百度的高温,溶剂易发生分解,释放出易燃气体CH4、CO等,电解液几乎参与了电池内部发生的所有反应,不仅包括电解液与正极材料、嵌锂碳、金属锂之间的相互反应,同时包括电解液自身的分解反应。传统的有机碳酸酯电解液存在很大的安全隐患,这是影响锂离子电池大型化的主要问题之一,因此锂离子电池阻燃剂的研究和提高电解液热稳定性是十分有意义的工作。

近年来,为了提高锂离子电池的安全性,开发难燃甚至不燃的锂离子电池电解液已成为该领域研究的热点。迄今为止,提高锂离子电池安全性最常用的方法是向电池电解液中添加阻燃剂,锂离子电池阻燃剂的研究比如有机磷化合物、卤代醚、卤代碳酸酯等。

为了提高锂离子电池电解液的热稳定性,使用亚TMP作为溶剂来配置锂离子电池电解液,研究该电解液燃烧性能、电化学性能和热稳定性,并与商业用电解液作了比较。循环性能测试结果表明,亚基电解液与正极材料LiNi0 8Co0 2O2有很好的相容性,有良好的电化学稳定性,而且与PC组成电解液时可一定程度地抑制PC对负极石墨材料的剥离。燃烧试验和微量量热实验表明,TMP的加入能显著地提高电解液的热稳定性与安全性能。

其中,有机磷化合物作阻燃剂的阻燃效果好,毒性低,研究得 也较多。这些阻燃剂虽然能够降低电解液的可燃性,但这些阻燃剂的物理性能不好,如熔点太高、粘度过大等,添加量较大时会明显地影响电池的电化学性能,而在添加阻燃剂量较少时,只能阻燃,不能彻底解决锂离子电池电解液的热稳定性问题。因此需要改变锂离子电池电解液的成分才能彻底解决锂离子电池电解液的热稳定性问题。


TMP运输注意事项

运输前应先检查包装容器是否完整、密封,运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、碱类、食用化学品等混装混运。运输车船必须彻底清洗、消毒,否则不得装运其它物品。船运时,配装位置应远离卧室、厨房,并与机舱、电源、火源等部位隔离。公路运输时要按规定路线行驶。


Yao等将亚(TMP)作为锂离子电解液阻燃添加剂,使得电解液的电化学性能和热稳 定性都有很大的提高。常用的锂离子电池碳酸酯溶剂及亚的物理性质比较可以看出,亚的沸点为112,熔点为-75,满足锂离子电池电解液对温度的要求,而且所提供的温度范围比目前实际应用的碳酸酯溶剂都要宽。

环状的碳酸乙烯酯(EC)具有较高的介电常数及沸点,但粘度及熔点也较高;而线型脂肪碳酸酯(碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC))具有较低的粘度及熔点,但介电常数及沸点又较低。实际有机电解质溶液往往采用EC与其它溶剂组成的二元及多元混合溶剂。亚的粘度很小,只有0.58mPas,比所有的碳酸酯包括DMC(0.59mPas)的粘度都小,可以用作替代商用锂离子电池电解液中使用的线型脂肪碳酸酯溶剂,与高介电常数的EC和碳酸丙烯酯(PC)组成混合溶剂,配置成电解液来研究其电化学和热稳定性性能。

用亚(上海森灏精细化工有限公司)作为电解液的溶剂,与等质量的EC或PC混合,再 加入一定质量的LiPF6,调整LiPF6完全溶解后的溶液浓度为1molL,静置待用。 用4cm长、8mm直径的玻璃纤维灯芯(浙江德清)浸渍1g左右的含有不同含量添加剂的电解液。测定电解液的燃烧时间,每个试验重复6次,取平均值。

将活性材料(LiNi0 8Co0 2O2)、12%的PVDF溶液、导电炭黑(按质量配比为84!8!8)、N甲基吡咯烷酮(NMP)按所需比例在研钵中混合均匀,然后把所得浆料用刮刀均匀的涂敷在集流箔上。在70 恒温烘箱中放置2h后,将电极片冲压成所需直径(CoinCell2032,电极片14mm)的电极片,在70 抽真空1h,迅速放进充满高纯氩气的手套箱(MBRAUNLABMaster130,德国)中组装成正极半电池。负极半电池选用MAG10石墨(HitachiChemical),其他的相同。

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