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锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-2 11:01:23
锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:安全性问题是锂离子电池发展中的重要问题,特别是在电动汽车等领域,对电池安全性提出了更高、更新的要求。阻燃添加剂已成为近年来锂离子电池添加剂研究的重要方向。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:锂离子电池电解液在受热的情况下,容易发生氢氧自由基的链式反应,因此选择阻燃添加剂的出发点是如何干扰氢氧自由基的链式反应。有关这方面的研究源于高分子聚合物的阻燃剂,由于被阻燃物质的状态不同,其阻燃机制与高分子材料的阻燃机制也有所不同。目前,为人们认可的锂离子电池电解液阻燃添加剂的作用机制是自由基捕获机制。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:自由基捕获机制的基本思想是:阻燃添加剂受热时释放出具有阻燃性能的自由基,该自由基可以捕获气相中的氢自由基或氢氧自由基,从而阻止氢氧自由基的链式反应,使有机电解液的燃烧无法进行或难以进行,提高锂离子电池的安全性能。X1M1Wang等以(TMP)为例,阐述了阻燃添加剂的作用机制。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:就电解液体系而言,溶剂的沸点和含氢量在很大程度上决定其易燃程度。溶剂的沸点越低,含氢量越高,在受热条件下越容易发生燃烧或爆炸。阻燃一定量的有机溶剂所需阻燃剂的最少用量,因阻燃剂和被阻燃物质种类的不同而不同。被阻燃溶剂的沸点越低、蒸气压越高、含氢量越大,所需阻燃剂的用量也就越大。卤族元素也是优良的阻燃元素,卤系阻燃剂受热时,分解生成卤素自由基,该自由基与有机物中的氢原子,生成卤化氢气体进入气相中,与气相中的氢氧自由基作用生成水蒸气,也可以与氢自由基直接作用,使其猝灭。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:另外,锂离子电池非水溶剂中的H原子被F取代后,其物理性质会发生一些变化。有机溶剂氟化后具有下列特点:①熔点降低,有助于提高锂离子电池低温性能;②化学和电化学稳定性提高,有助于电池循环性能的提高;③闪点升高,因为氟取代后降低了溶剂分子的含氢量,从而降低溶剂的可燃性,提高电池安全性;④粘度降低,电解液的电导率也可以因此得到一定程度的提高。


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锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:从这个意义上讲,有机氟化溶剂作添加剂或共溶剂可以提高电解液的闪点,利用F元素的阻燃特性也有助于改善电池在受热、过充电状态下的安全性能,因此氟化有机溶剂用作锂离子电池添加剂或共溶剂的研究也日益广泛。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:目前,用于锂离子电池电解液阻燃添加剂的化合物大多为有机磷化物、有机卤化物和磷2卤、磷2氮复合有机化合物,分别称为磷系阻燃剂、卤系阻燃剂和复合阻燃剂。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:就目前的研究结果来看,阻燃添加剂的电化学不稳定性或其不利的理化性质(如高熔点、高粘度),对电池性能会造成一定的负面影响。

锂离子电池阻燃添加剂作用机制及发展方向:今后锂离子电池电解液阻燃添加剂的发展方向为: a1研制和开发性能稳定的阻燃添加剂,特别是具有优良的电化学稳定性,力求对电解液电化学性能影响更小或没有; b1开发高效、低毒,有利于环保的阻燃添加剂; c1开发带有多官能团的阻燃添加剂,如集P、N、F、Cl于一 体的复合阻燃剂,提高阻燃效果; d1研制和开发多功能阻燃添加剂,如具有低粘度,以保证电解液的高电导率,同时具有一定的负极界面成膜能力,改善电极与电解液的相容性,还具有良好阻燃效果的添加剂。

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