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锂离子电池阻燃剂阻燃性能分析 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-10-1 20:44:57
锂离子电池阻燃剂阻燃性能分析:自熄时间SET的测试结果显示未添加阻燃剂的电解液SET高达200。31s/g,但添加DMMP或TCEP后SET数值变小,电解液燃烧性降低。这可能与 DMMP和TCEP受热分解释放出具有阻燃性的磷自由基P#有关,P#可以捕获气相中的H#或O#自由基,生成PH或P2O5,从而阻止氢氧自由基的链式反应,使电解液的燃烧性降低、阻燃性能提高。同时,当DMMP含量超过30%时,电解液就很难燃烧了。

然而当TCEP体积分数小于30%时阻燃效果不是很明显,随着TCEP含量的增大,SET降低的幅度不大,只有当其含量超过30%时才有一定的阻燃作用。虽然TCEP含有磷元素和氯元素,可以同时产生P#或Cl#,而且黏度较低,沸点和闪点较高,但DMMP的 阻燃效果却比TCEP更为理想,这可能是因为DMMP自身的含磷量就高达25%,沸点(180e)低于TCEP 的沸点(330e),受热时DMMP更易气化,气相中DMMP的含量也相应更高,分解出的阻燃自由基数目更多,更有利于捕获气相中的H#或O#自由基。

同时,DMMP受热会分解生成磷酸,磷酸高温情况下脱水生成偏磷酸,再聚合成聚偏磷酸。在分解过程中产生磷酸层,形成难挥发性保护层覆盖于燃烧面,隔绝了氧气的供给,阻碍了燃烧的进行,因而阻燃效果更加理想。

电池交流阻抗。含有不同体积分数的阻燃剂DMMP或TCEP电解液常温下的电池(CR2025型)交流阻抗测试结果谱图中高频部分的半圆区可以反映电解液的阻抗,由于DMMP和TCEP的介电常数相对高于电解液基体,往其中添加了阻燃剂DMMP或TCEP后,使电解液整体的介电常数增大,电阻值从原来的2.818成倍增加,加入TCEP30%后甚至高达3.6倍。添加DMMP10%、30%的电阻值分别为6.34、6.558,而TCEP10%、30%分别对应5.26、10.298。这可能是由于两种阻燃剂的介电常数不同,且对电解液基体的影响程度不同造成的。

此外,随着添加的阻燃剂含量的增大,电解液的电阻值增加越多,然而DMMP对其的影响不如TCEP那么显著。在后文提到的常温下放电性能测试实验结果中显示,往电解液中加入TCEP后电池放电性能降低的程度大于加入DMMP的电池,其中一个原因就是由于TCEP的加入对电池电阻值影响更大。


TMP操作注意事项

密闭操作,加强通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具(半面罩),戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶耐油手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、碱类接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。


锂离子电池阻燃剂阻燃性能分析:常温放电性能。常温(298K)下,测试电流密度为25mA/g时,含有不同含量阻燃剂DMMP或TCEP电解液的电池放电曲线。电解液中添加了阻燃剂DMMP或TCEP后电池放电比容量都有所下降,而且TCEP的影响较为显著。未添加阻燃剂的电池放电比容量可以达到288mAh/g,引入TCEP10%、30%使比容量分别下降了9.17%、15.6%,电池的放电平台下降的程 度也相对较大。对于添加了DMMP的电解液体系,电池的放电平台与原来的很相近,电池比容量虽有下降,但影响不是很大,DMMP10%、30%的比容量分别为 276.6、268。4mAh/g,只是略微下降。

锂离子电池阻燃剂阻燃性能分析:低温放电性能。根据前面的研究结果,我们选择添加比TCEP更为理想的添加剂DMMP作为Li/MnO2电池的阻燃剂,在低温下进行放电性能测试。电解液体系中添加阻燃剂DMMP10%后以及未添加阻燃剂所制作的电池分别在253、243K温度下测试的放电曲线。在253K下,未添加阻燃剂的Li/MnO2电池的放电比容量可以达到128。1mAh/g,引入DMMP10%后放电比容量下降为原来的93.0%,然而在243K温度下比容量有更大程度的下降,从原来的85。2mAh/g降至70。8mAh/g。故在低温条件下阻燃剂的添加会在一定程度上影响电池放电比容量。

电解液体系中添加阻燃剂TCEP可以在一定程度上降低电解液的可燃性,但所需的用量较大,且对电池的交流阻抗和放电比容量均产生较大的影响。而DMMP的引入可以有效地降低电解液可燃性,提高电池安全性能,同时DMMP对电池放电比容量的影响也不如TCEP那么显著,故DMMP是比TCEP更为理想的Li/MnO2电池阻燃添加剂。添加10%DMMP作为电解液阻燃剂的Li/MnO2电池在298、253、243K时的放电比容量分别可达276.6、119.1、70.8mAh/g。

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