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锂离子电池阻燃剂的作用效果 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-30 11:26:01
为了评价锂离子电池阻燃剂的作用效果,通常以加入阻燃剂后有机物从开始燃烧到熄灭的时间作为评价阻燃剂优劣的标准。

锂离子电池阻燃剂的作用效果评价方法:按不同体积比将TCPP与电解液用超声波混合,然后用微样进样器滴加到热重实验用的铝坩埚内,点火2s,然后用秒表测定从开始燃烧到熄灭的时间,即自熄时间(SET)。锂离子电池阻燃剂的作用效果是阻燃剂的重要指标。

在保持电池各方面电化学性能的同时,开发具有有效阻燃性能的添加剂。在合适的温度下,如110~150℃范围内能够发生热聚合的添加剂研究尚少。热聚合的单体需满足电化学稳定性好、热稳定性好,不影响锂离子电池内部锂离子传导,并且能够在一定温度下发生聚合反应,从而阻断电池的充放电,阻止电池温度的上升,避免“热失控”的发生。显然,热聚合添加剂是锂离子电池安全性添加剂研究的一个重要方向。

对于新型隔膜材料的研究, 还采用具有优异尺寸热稳定性的聚芳砜酰胺无纺膜, 并在后处理过程中涂覆二氧化硅纳米颗粒制备成高性能聚芳砜酰胺复合隔膜。与商业化的聚烯烃隔膜相比, 该新型聚芳砜酰胺复合隔膜具有较高的孔隙率、较好的电解液吸收性 能、优异的尺寸热稳定性和较高的离子电导率. 并且, 以该隔膜组装的全电池具有较好的倍率性能和优异的长循环性能。

根据锂离子电池的安全性要求, 通过静电纺丝工艺成功制备出可耐300℃高温的热固性聚酰亚胺纳米纤维无纺布隔膜. 该隔膜表现了较高的机械拉伸强度和较宽的电化学窗口, 并在高温120℃时体现了较高的离子电导率、稳定的充放电性能和循环性能。可以预见, 该无纺布隔膜在大功率和高温电池领域有广阔的应用前景。

现有的锂离子电池聚合物电解质体系机械强度和离子电导率不能兼顾。 因此, 从聚合物电解质的综合性能考虑, 开发新型“刚柔并济”的隔膜或聚合物电解质体系, 实现刚和柔的对立统一, 来提高其耐温性能、力学性能、界面安全性能和离子导电率等综合性能. “刚”性材料, 如聚酰亚胺和聚芳砜酰胺等提供了高力学性能和尺寸热稳定性能; “柔”性离子传输材料, 如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等将赋予优异的离子传导性和界面稳定性, “并济”即两种或多种材料复合达到双赢的效果。根据单轴静电纺丝原理改进的同轴静电纺丝工艺, 可以在纳米尺度复合两种或多种材料, 实现性能的高度统一。


TMP-cas号:512-56-1

中文名称:

中文别名:磷酸甲酯; 三甲基磷酸酯; 磷酸甲酯;

分子式 C3H9O4P;(CH3O)3PO

分子量 140.08


基于此, 采用耐高温的聚酰亚胺(PI)作为核层, 具有高电压窗口的PVDF-HFP作为壳层, 成功制备出了核壳结构的PI PVDF-HFP纳米纤维无纺隔膜。实验结果表明, 与商业化聚烯烃隔膜相比, PI PVDF-HFP隔膜具有较高的孔隙率、良好的电解液浸润性、优异的热尺寸稳定性和宽的电化学窗口(可达到5.2 V (vs. Li+/Li)), 实现综合性能的大幅度 提升. 而采用PI PVDF-HFP无纺布隔膜组装成的电池, 无论是倍率还是长循环性能均优于用商业化聚烯烃隔膜组装的电池。

两种材料通过静电纺丝的方式在纳米尺度上进行复合, 为动力锂离子电池隔膜的开发提供了全新的思路.。为了探索新的体系, 又采用耐高温性的聚芳砜酰胺作为核层, PVDF-HFP材料作为壳层, 制造出新一代PSA PVDF-HFP核壳结构的纳米纤维隔膜. 实验结果表明, 该材料同样具有优异的综合性质。

大致可将阻燃剂的作用归结为两个方面:随着阻燃剂浓度的提高,阻燃效果越来越明显;o阻燃剂浓度的增加,使电解液的含量减少。这都将使电解液的SET减小。

目前,用于锂离子电池电解液中复合阻燃添加剂主要是磷-氟类化合物,特别是氟代磷酸酯类化合物,此类化合物具有P和F两种阻燃元素,可以协同作用,同时F元素的存在有助于电极界面形成优良的SEI膜,改善电解液与活性材料间的相容性,F元素还可消弱分子间的粘性力,使分子、 离子的迁移阻力减小,进而降低其粘度,改善电解液的电导率。

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