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开发安全型锂离子电池阻燃剂 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 16:48:36
近年来能源开始逐步缺乏,寻求一种高能源物质是全世界的必经之路。锂离子电池独特的高能量密度、体积小、安全等优点成为了人们的研究对象,开发安全型锂离子电池阻燃剂成了发展的目标。锂离子研究道路崎岖艰辛,为了获得更好的材料与物质配比许多科研人员将自己的大部分时间与精力奉献给了锂离子电池的研究。电池的正负极材料固然重要,但是电解液可以说是电池的血液,因此对电解液的研究将会在锂离子电池的发展上取得重大的突破。电解液在电池中充当很重要的角色。

锂离子电池的安全性是一项系统工程,与其四大关键材料——正极、负极、隔膜和电解液——以及电芯的设计、组装工艺和电池管理系统都有关系。近年来对于锂离子电池安全性的疑虑已经影响了电动车的推广使用,因此,从每一个环节入手全面提升锂离子电池的安全性,开发安全型锂离子电池阻燃剂,成为行业的重要课题。

对于电解液来说,其易燃的有机溶剂是电池燃烧时候的主要元素,因此需要开发安全型锂离子电池阻燃剂。阻燃功能是在常规电解液中加入阻燃添加剂获得的,一般采用磷系或卤系阻燃剂,要求阻燃添加剂价格合理且不损害电解液性能。

引发电池燃烧或爆炸的原因主要包括过热、过充和短路等。在过热但仍然较低的温度(150℃)时,正极材料与电解液之间的复杂反应是导致电池热失控的主要原因之一。热失控后,电解液和正极材料还会发生热分解,负极材料和电解液会发生反应,都会产生大量气体,引起爆炸。因此,对锂离子电池热稳定性进行深入研究,弄清电池内部放热的原因,这对于从根本上解决其安全问题具有重要的意义。

在过充情况下,电池内部电压升高,正极溢出大量锂离子,负极吸收不了的锂离子会在其表面形成枝晶,使电池内部短路。短路电流会产生大量热,导致温度迅速升高。加入过充保护添加剂—主要是电聚合添加剂和氧化还原对添加剂,可以有效降低过充的危害。


TMP质检单

Product

Name TMP

Trimethyl Phosphate; TMP Batch No. Quantity

130209 8000KG

检 验 项 目Analysisitems 检 验 结 果Result

性  状

Characteristics 无 色 透 明 液 体

Colorless transparent liquid

含  量 (GC%)

Assay  ≥99% 

99.35

色 度

Color Value(APHA)  ≤20 <20

酸 值(mgKOH/g)

Acid Value   ≤0.20       

0.13

折 光 率(nD20)

Refractive Index 1.393-1.397

1.394

比 重 (20/20℃)

Specific Gravity  1.213-1.217

1.215

水分

Water Content  ≤0.2%  0.065

结 论  Conclusion 合格 优级品 / Up to Standard


此外,采用室温离子液体作为电解液也已进入研究阶段,将完全排除易燃的有机溶剂在电池中的使用。并且离子液体具有蒸气压极低、热稳定/化学稳定性好、不易燃等特点,将大幅提高锂离子电池的安全性。

正极材料和电解液的热反应被认为是热失控发生的主要原因,提高正极材料的热稳定性尤为重要,在产业界正极材料的开发也更受关注,除了有其价格较高、利润较大的原因外,它在电池安全性中的重要地位也是其备受关注的一个重要原因。与负极材料一样,正极材料的本质特征决定了其安全特征。

LiFePO4由于具有聚阴离子结构,其中的氧原子非常稳定,受热不易释放,因此不会引起电解液的剧烈反应或燃烧;而其他过渡金属氧化物正极材料,受热或过充时容易释放出氧气,安全性差。而在过渡金属氧化物当中,LiMn2O4在充电态下以λ-MnO2形式存在,由于它的热稳定性较好,所以这种正极材料也相对安全性较好。此外,也可以通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极材料的热稳定性。

电解质的选用对锂离子电池的性能影响非常大,它必须是化学稳定性能好尤其是在较高的电位下和较高温度环境中不易发生分解,具有较高的离子导电率,而且对阴阳极材料必须是惰性的、不能侵腐它们。由于锂离子电池充放电电位较高而且阳极材料嵌有化学活性较大的锂,所以电解质必须采用有机化合物而不能含有水。但有机物离子导电率都不好,所以要在有机溶剂中加入可溶解的导电盐以提高离子导电率。目前锂离子电池主要是用液态电解质,其溶剂为无水有机物如EC、PC、DMC、DEC。

用金属锂直接用作阳极材料具有很高的可逆容量,其理论容量是石墨材料的十几倍,价格也较低,被看作新一代锂离子电池最有吸引力的阳极材料,但会产生枝晶锂。采用固体电解质作为离子的传导可抑制枝晶锂的生长,使得金属锂用作阳极材料成为可能。

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