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增强锂离子电池安全性的阻燃添加剂 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-23 12:15:56
电解液作为锂离子电池的一个重要组成部分对电池性能影响很大。有机电解液添加剂是近年来锂离子电池研究中的一个热点。本文讲述了增强锂离子电池安全性的阻燃添加剂改善电池安全性的作用机理、特点以及它们在锂离子电池有机电解液中的应用研究现状。

锂离子电池是继铅酸、镉镍、金属氢化物镍蓄电池之后的新一代高能“绿色”能源,应用范围也越来越广泛。增强锂离子电池安全性的阻燃添加剂应用非常广泛。当锂离子电池过充电时,由于电池电压随着极化的增大而迅速上升,势将引发正极活性物质结构的不可逆变化以及电解液的氧化分解,进而产生大量的气体并放出大量的热,致使电池内压和温度急剧上升,难免存在爆炸、燃烧等不安全隐患。

目前,锂离子电池的过充电保护一般采用专用的过充电保护电路来实现。通过增强锂离子电池安全性的阻燃添加剂来实现电池的过充电保护,对于简化电池制造工艺,降低电池生产成本具有极其重要的意义。介绍两种加强电池安全性的电解液添加剂:阻燃添加剂和过充电保护添加剂。电聚合过充保护添加剂的共同缺点是,这种过充保护是一次性的。电聚合添加剂发挥作用的同时,电池寿命也告终结。

为了防止过充状态热失控行为的发生,实际应用中电池外部往往配置一个正温度系数(PTC)电阻片。当电池温度超过某一个设定值时,电阻的阻值 会随着温度的升高而迅速增加。利用这一PTC效应,当电池温度出现异常升高时降低或切断充放电电流。这一方法虽然简单,但并不十分可靠。由于电池外壳的温度升高要滞后于电池内部,配置在电池外壳上的PTC电阻片并不能及时、准确地感受到 电池内部的实际温度。例如,Leising等[54] 发现115Ah的电池以1C速率过充电,当电池内部温度达到199℃时,外部感应温度只有10614℃,致使PTC电阻不能同步作用。

杨汉西等研究了附着有PTC添加剂的电极。他们在正极集流体铝箔上涂制一层环氧树脂2炭黑复合物作为PTC材料,使电极本身具有了PTC效应。对电池充放电表明,当电池在室温附近正常工作时,PTC材料对电池没有任何影响。当电极温度在80—100℃之间,PTC效应逐渐显现出来。随着温度的升高,材料电阻增大。当温度超过100℃时,电池电阻急剧增大,电池充电电流迅速减小,大大提高了电池的安全性能。


(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。


当电池回归正常温度范围时,PTC材料自身的阻抗又变小,电池也能正常充放电。与电聚合过充保护剂相比,PTC添加剂材料的优势是非常明显的,因此值得大力开发。但是,目前已发现的具有PTC效应的材料大多数是无机物如BaTiO3、V2O5等,此类材料产生PTC效应的温度较高,因此不能应用于锂离子电池。为锂离子电池找到合适温度效应的PTC材料是关键,目前这方面的研究很少。

以上我们概述了目前几类提高锂离子电池安全性的添加剂以及各自所存在的问题。虽然很多添加剂与正极材料的匹配时都具有改善电池安全性的功能。但是,即使这些很有应用前景的添加剂研究所存在的问题也是显然的:(1)大部分研究较少考虑Π涉及添加剂在负极材料表面稳定性或其分解产物对负极材料性能的影响;(2)目前锂离子电池电极材料(尤其是负极材料)种类繁多,材料的表面化学性质不一,电极材料对充放电电位的敏感程度也不一致,不可能用一种或有限的几种添加剂应对所有电池结构设计。

因此,今后应着力研究开发针对特定电池体系的安全性保护剂,特别是在研究开发过充保护添加剂时更是如此;(3)也许是因为不易寻找能在较低温度(例如在120℃左右)下发生热聚合的添加剂,目前这方面的研究还很少。虽然同上面所介绍 的电聚合添加剂一样并不完美,但热聚合添加剂显然也是锂离子电池安全性添加剂研究的一个重要方向。

据报道,芳香族化合物适合作为聚合单体,如联二苯、氯代噻吩、呋喃等,这些物质在一定的电势下,会发生电化学聚合反应,增加电池内阻,阻断对电池继续充电,从而为电池提供过充电保护。

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