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锂离子电池阻燃剂对电池的影响 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-14 16:44:33
在空白电解液中,电解液与Li+的相互作用较弱,负极不需要形成较致密的SEI膜,就可以实现Li+的可逆嵌脱,因此几乎看不到电解液在MCMB上形成SEI膜的电流峰。TCPP与Li+的作用较强,因此随着TCPP浓度的提高,电解液发生共嵌入的趋势越来越大,当TCPP浓度达到一定程度时,就发生了电解液的共嵌入,导致碳材料的结构被破坏。这种现象更可能是两种因素共同作用的结果。

锂离子电池阻燃剂对电池的影响实验中,将MCMB电极首先在空白电解液中进行预循环(以50mA/g的电流充放电3次,电压范围为0015~2500V),使材料表面首先形成SEI膜,然后再将其放入含30%TCPP的电解液中,进行循环伏安测试。

MCMB电极经预循环后在30%TCPP电解液中的循环伏安曲线可以看出:MCMB电极直接在含30%TCPP的电解液中只有还原电流,没有氧化电流,表明此时MCMB的结构已经被破坏,这与首次充电的结果一致。

将MCMB电极在空白电解液中进行预循环后,再放入30%TCPP电解液中进行循环伏安扫描,此时在约1V处出现了电解液的共嵌入峰。从第2次循环开始,电解液的共嵌入峰消失,此时MCMB电极可以进行Li+的嵌脱。循环伏安的结果表明:如果对MCMB的表面进行预处理,使其生成部分SEI膜后,则电极材料在30%TCPP电解液中的循环性能可以得到提高。

提高阻燃剂与MCMB负极材料相容性的措施。将MCMB/Li电池放入空白电解液进行预循环,然后再放入30%TCPP电解液中,进行充放电测试,结果可以看出:MCMB/Li电池在空白电解液中预循环时的比容量为300mAh/g,循环性能较好,充放电容量主要集中在0-2V的平台。

当电解液中加入TCPP后,电池的首次充电比容量降到了190mAh/g,在随后的循环中仍有衰减,因此可以推测出:由于TCPP与Li+的作用较强;MCMB在电解液中形成的SEI膜对TCPP来说不够致密,仍然会有TCPP发生共嵌入,破坏了MCMB的结构,降低了充放电容量。电解液中加入TCPP后,MCMB/Li电池的充放电曲线变得陡峭,充放电平台也不明显,越来越表现出硬碳材料的嵌脱锂特征。


(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。


MCMB同时具有高石墨化成分和低石墨化成分。高石墨化成分与电解液的相容性较差,在添加TCPP后首先被破坏,因此需要较高质量的SEI膜;低石墨化成分更多地表现出硬碳材料的嵌脱锂特征,与含有较高浓度阻燃剂的电解液仍然有很好的相容性。

热解炭黑在30%TCPP电解液中的充放电行为。以热解炭黑(武汉产,AR)为正极材料,组装热解炭黑/Li模拟电池,进行循环性能测试,结果可以看出:热解炭黑在30%TCPP电解液中的循环性能较好,采用此材料可以较好地解决阻燃剂的共嵌入问题。不过,这种材料本身的理论比容量只有约220mAh/g,因此作为锂离子电池的负极材料具有一定的局限性。

采用循环伏安和充放电实验研究了阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)与锂离子电池负极材料的相容性。锂离子电池阻燃剂对电池的影响实验结果表明:阻燃剂降低了电解液在MCMB表面形成SEI膜的能力,同时阻燃剂与Li+有较强的相互作用,导致了溶剂的共嵌入,使MCMB负极材料失去充放电能力。

这可能是由于MCMB是一种介于石墨和硬碳材料之间的过渡材料,即由高石墨化成分和低石墨化成分组成。由于高石墨化成分与电解液的相容性较 差,因此添加阻燃剂TCPP后,MCMB中高石墨化成分首先发生溶剂的共嵌入,导致结构发生剥离而被破坏,但低石墨化成分仍然可以提供一定的充放电容量,因此MCMB更多地表现出硬碳材料的充放电特征。

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。固体聚合物电解质具有良好的柔韧性、成膜性、稳定性、成本低等特点,既可作为正负电极间隔膜用又可作为传递离子的电解质用。

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