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应用锂离子电池阻燃剂的必要性 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-11 16:01:31
本文分析了应用锂离子电池阻燃剂的必要性,锂离子电池中安全性问题产生的原因,讨论相应的解决办法。

应用锂离子电池阻燃剂的必要性详解:自20世纪90年代初,锂离子电池被推出以来,它在便携式电子设备如移动电话、笔记本电脑、数码相机等中获得了广泛的应用,然而其在电动汽车(EV)与混合电动汽车(HEV)中的应用却由于安全问题至今未完全实现,其在军事、航天等领域中的应用也受到了极大的限制。与便携式电子设备中的电池容量一般小于2Ah不同,HEV或EV电池的容量一般大于10Ah,这就增大了高能电极和可燃性有机溶剂结合的危险性,在过充电或事故状态下的电池内部短路,均可能导致燃烧、甚至爆炸的危险。

此外,应用在EV、HEV或军事、航天等领域中的锂离子电池还需能够承受较为恶劣的工作环境,如-40℃的低温和100℃的高温,这些无疑都增加了对锂离子电池安全性的要求。因此可以看出应用锂离子电池阻燃剂的必要性,解决好锂离子电池的安全性问题是进一步扩大其应用范围的前提和基础,是一项极具挑战性的研究工作,具有重大的理论价值和现实的基础意义。

锂离子电池安全性问题分析及解决方法。锂离子电池安全性问题的产生可分为两个情况,一是封闭的锂离子电池体系未被破坏;二是封闭的锂离子电池体系已经被破坏,即锂离子电池中的有机溶剂已经泄漏,并与空气相接触。在第一种情况中,由于无其它外界条件的参与,锂离子电池中热量的产生只可能与电极和有机电解液相互作用有关。在一些事故状态下,如高温、过充电、针刺穿透以及挤压等情况下,导致电极和有机电解液的强烈相互作用,如有机电解液的剧烈氧化、还原或正极分解产生的氧气进一步与有机电解液反应等,这些反应产生的大量热量如不能及时散失到周围环境中,必将导致热失控的产生,最终导致电池的燃烧、爆炸。

因此电极/有机电解液相互作用的热稳定性是制约锂离子电池安全性首要因素,就正极和负极与有机电解液相互作用的热稳定性对锂离子电池的安全性的影响而言,正极/电解液反应对锂离子电池的安全性的影响最为重要,虽然,负极/电解液首先发生反应,但负极的表面积较小,而且正极/电解液的反应动力学非常快,正极/电解液反应控制着整个电池耐热实验的结果。如果电池的环境温度足以引发正极/电解液反应,就会导致电池的热失控状态。在第二种情况下,由于锂离子电池中使用的有机溶剂大都具有较高的蒸汽压,而且极易燃烧,在适当的温度下,它们会合空气中的氧气发生燃烧反应,极端的情况下,甚至可能发生爆炸。


(TMP)用途

用途一:锂离子电池用阻燃添加剂

用途二:主要用作医药、农药的溶剂和萃取剂

用途三:用作测定锆的试剂、溶剂、萃取剂及气相色谱固定液。

用途四:锆的测定。气相色谱固定液(最高使用温度50,溶剂为乙醚)。溶剂。萃取剂。半导体扩散源。

用途五:主要用作医药和农药的溶剂及萃取剂。农药中间体。在日本,主要用作纺织油剂和聚合物的防着色剂。

用途六: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。


根据以上分析,我们可以看出解决锂离子电池安全性的问题,除锂离子电池本身设计时工艺上的考虑,如增大散热面积、提高散热速率及提高电池外壳的强度等外,对上述两个问题的解决非常关键。

对于第一种情况而言,降低正极材料的氧化性或负极材料的还原性无疑是解决这一问题的简单办法,但它会导致电池比能量的降低,以电池其它性能降低,来改善电池的安全性,这在工业上是无法接受的,它也使锂离子电池丧失对其它种类电池的优越性。因此通过改变有机电解液的配方,在不影响电池其它性能的前提下,增进电极/有机电解液界面的稳定性,降低有机电解液对电极的反应活性,降低有机电解液的可燃性,显然是解决这一问题的较好方法。对第二种情况而言,通过有机电解液配方的改变,制造出在空气中完全不燃的有机电解液也是解决这一问题的简单易行的途径。

S1Y1Chen等研究发现:向1mol/LLiPF6/PC电解液中添加1%的烯丙基三(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(ATFEC),可提高电解液的热稳定性,并抑制PC共插入对石墨负极的层离,电解液具有高的热稳定性和高的离子电导率,同时还具有好的成膜性能。

H1P1Zhang等发现:添加5%(体积比)以上的乙烯基-三(甲氧基二乙氧基)硅烷(VTMS)到电解液中,能达到阻燃的效果,对电池的电化学性能影响不大。有机硅烷阻燃添加剂的使用,丰富了阻燃添加剂的内容,为开发阻燃添加剂提供了一个方向。

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