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锂离子电池阻燃剂磷酸三甲酯对锂离子电池作用实验

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-27 15:52:52
应用循环伏安、交流阻抗、扫描电子显微镜和锂离子电池性能检测装置研究了锂离子电池阻燃剂对锂离子电池作用实验

结果表明,复合使用TMP和VC不仅能提高电池的安全性而且能改善电池的循环性能,原因可能是在电池首次充放电过程中VC优先还原,还原产物在负极表面聚合形成良好的SEI膜,有效地制约了因TMP在石墨负极表面的分解而造成负极石墨的脱落,同时提高了SEI膜的稳定性。

大容量锂离子动力电池的巨大应用前景引起了众多科学工作者的关注,然而,发展大容量锂离子动力电池的主要障碍就是安全性问题,尤其是在滥用状态下(如热冲击、过充、过放、短路等)往往存在着火、爆炸等安全隐患。要开发大容量锂离子电池,必须解决安全性问题,

加入阻燃添加剂目的即在提高电池的安全性能。但普通的烷基磷酸酯类阻燃剂往往会由于它的添加而使电解液粘度增大、电导率减小以及电池首次充放电过程中磷酸酯在石墨负极上的还原分解而使电池的循环性能大大降低。迄今为止,这些问题不能得到很好的解决。

本文介绍了锂离子电池阻燃剂对锂离子电池作用实验,试图借助锂离子电池阻燃剂TMP(ω= 10%)和成膜添加剂VC(2%)的复合使用来提高电池的安全性和循环性能。

用水溶解(质量配比)3%羧甲基纤维素钠(CMC)+6%聚苯乙烯丁橡胶(SBR)+91%复合石墨制成负极浆料,然后在铜箔上拉浆制成极片作为负极;以N2甲基吡咯烷酮(NMP)溶解(质量配比)90%LiMn2O4+5%导电石墨+5%PVDF制成正极浆料,之后在铝箔上拉浆制成正极,以1mol/L LiPF6+(EC+DMC)(1∶1质量比,以下均同)为基准电解液,再分别按空白以及添加10%TMP或10%TMP+2%VC组装成18650型动力电池,设定容量为1200mAh,激光焊封口,电解液的配置和注液在氩气手套箱内进行。


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。


使用BS-9300二次锂离子电池性能检测装置(广州擎天)测定上述组装的18650型动力电池(石墨/LiMn2O4)的循环性能,实验条件是于恒流下以0.5C从2.75~4.2V进行充放电循环.安全测试在高温爆炸室内进行,实验方法是试验电池经首次充放电后再充满电到4.2V,此时电池的环境温度逐渐升高,直至175℃恒温,测定电池温度随时间的变化关系。

分别解剖初次充放电后和循环150次后的电池,然后取一块负极片用适当溶剂清洗并由PhilipsXL230ESEM环境电子扫描电子显微镜观察表面形貌。由电化学工作站(Gamryinstruments)测定含和不含不同添加剂的18650型电池于其首次充放 电后石墨负极的交流阻抗,频谱范围:105 ~0.01Hz.三电极体系,以石墨电极作研究电极,锂电极 为对电极和参比电极,测定溶剂(EC+DMC)和添加剂(TMP和VC)在碳负极表面的还原电位,并分别对1mol/LLiPF6EC+DMC以及含有添加剂TMP和VC的电解液作0~2V循环伏安扫描测试,扫速0.05mV/s。

锂离子电池阻燃剂对锂离子电池作用实验表明,上述18650型电池于其首次充放电过程中因溶剂在负极表面还原而形成SEI膜,性能良好、不易破裂的SEI膜是电池安全性的重要保障.而当于电解液加入添加剂、该电池于首次充放电时,由于体系中各组分的还原电位互有不同,还原电位高的物质便在石墨负极表面优先还原。

据知,为了抑制电解液体系某些还原电位较低的组分在石墨负极上的还原分解,通常加入一些还原电位高的成膜添加剂以使SEI膜能在高电位下生成,这样当体系电位于其到达低还原电位物质的还原分解电位之前,负极表面的SEI膜已经形成,从而大大地减少了低还原电位物质在负极表面的还原分解,同时也降低了分解对已经形成的SEI膜以及电池循环性能的影响.分别给出溶剂(EC+DMC)、TMP以及VC在石墨负极表面的循环伏安曲线,示明电池首次充放电过程各组分于石墨负极表面还原的先后顺序。

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