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鋰離子電池新型阻燃劑 磷酸三甲酯
| 來源：邵君( 先生，國內國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2016-9-18 17:32:14 |
隨著近年來鋰離子電池工業(yè)的迅速發(fā)展，鋰離子電池新型阻燃劑的研究與開發(fā)已經(jīng)成為鋰離子電池研究中一個活躍的領域，并在國內外取得了進展。同時，還有一些添加劑如防止過充電添加劑、控制電解液中水和HF的添加劑。
鋰離子電池新型阻燃劑用于鋰離子電池的研究目標是進一步提高電池的整體電化學性能，實現(xiàn)鋰離子電池的跨越式發(fā)展和市場創(chuàng)新，拓寬鋰離子電池的應用范圍。從這個意義上講，多功能鋰離子電池新型阻燃劑將成為未來發(fā)展的主體方向，要實現(xiàn)這一目標，必須正確把握該領域的發(fā)展方向，力爭在選擇、合成和優(yōu)化添加劑性能方面取得新的突破。
手機、筆記本電腦攝像機以及電動汽車、電動自行車，都要求有能量高、體積小性能可靠的電源做動力，特別是對比能量高的電池的需要越來越迫切，這種需求為鋰離子電池的研制開發(fā)提供了切實的動力。這對于減少環(huán)境污染、解決天然燃料面臨枯竭、保證人類社會可持續(xù)發(fā)展有深遠的現(xiàn)實意義。
鋰離子電池生產廠家本身不具有配制電解液的相應設備和技術，使用的電解液一般從德國或日本進口，國內提供的電解質及電解液質量上達不到使用要求。隨著鋰離子電池在電池行業(yè)中所占市場份額的增大，相應的電解液的需求量也不斷增加，因此研制出合格的電解液，在國內有著廣闊的市場前景。
氟代碳酸乙烯酯能量遠低于非氟代碳酸酯溶劑，其在 Pt電極上的氧化電位高達 3 V，甲基 2,2,2- 三氟乙基碳酸酯和乙基 2,2,2- 三氟乙基碳酸酯的氧化電位高達 5.8～5.9 V，遠高于未氟代的碳酸二甲酯和碳酸甲基乙基酯。
乙腈是最簡單最常見的腈類有機溶劑，但其氧化電位僅為 3.8 V，不能滿足鋰離子電池的使用需求。丁二腈因在－30～57 ℃區(qū)間內存在塑性晶體相而廣泛用于負極電位高于 1.3 V的鋰離子電池固態(tài)聚合物電解質中 。
磷酸三甲酯(TMP)主要用作醫(yī)藥、農藥的溶劑和萃取劑,用作測定鋯的試劑、溶劑、萃取劑及氣相色譜固定液, 磷酸三甲酯也用作醫(yī)藥和農藥的溶劑及萃取劑。在日本，用作紡織油劑和聚合物的防著色劑,鋰離子電池用阻燃添加劑。
一般含腈基的有機溶劑的反應產物是羧化物、醛或相應的有機胺，因此腈基溶劑在使用過程中是安全的，不用擔心因劇毒的 CN - 離子的出現(xiàn)而影響使用。其中 GLN 和 AND 在眾多二腈基溶劑中表現(xiàn)出最佳的熱穩(wěn)定性、低粘度和高介電常數(shù)等優(yōu)點。
但是，腈類溶劑與鋰離子電池的石墨或金屬鋰等低電位負極相容性較差，極易在負極表面發(fā)生聚合反應，聚合產物會阻止 Li + 的脫嵌添加適量的 EC 或 LiBOB 可以改善此類溶劑與低電位負極的相容性。室溫下 AND 或 GLN 與共溶劑 EC 組成的電解液具有較高的離子電導率和較低的粘度，完全滿足鋰離子電池的充放電需求且使用后電池循環(huán)性能較好。
控制電解液中酸和水含量的添加劑目前用的鋰鹽多是 LiPF 6 ，而 LiPF 6 對水份和 HF 酸及其敏感。因此鋰離子電池對電解液中的水和酸要求非常嚴格。在電解液中添加對水和酸起穩(wěn)定作用的穩(wěn)定劑是解決水對電池性能破壞的有效途徑之一。
穩(wěn)定劑的作用原理是能與水或 HF 分子反應形成氫鍵或者與 PF 6 － /PF 5 形成絡合物。因此有機胺或亞胺類物質兼具吸附型和反應型穩(wěn)定劑的雙重特點，所以研究的較多碳化二亞胺類化合物能與水形成較弱的氫鍵，阻止水與鋰鹽反應生產 HF 酸。
用金屬鋰直接用作陽極材料具有很高的可逆容量，其理論容量是石墨材料的十幾倍，價格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料，但會產生枝晶鋰。采用固體電解質作為離子的傳導可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解質可避免液態(tài)電解液漏液的缺點，還可把電池做成更薄、能量密度更高、體積更小的高能電池。
電池容量隨著電解液量的增加而增加，容量最好的電池是隔膜剛好浸潤。電解液量不夠，正極片浸潤不充分，隔膜未浸潤，導致內阻偏大，容量發(fā)揮較低。電解液量的增加有利于充分利用活性物質的容量。由此說明，電池容量與電解液量有較大關系，電池容量隨著電解液量的增加而增加，但最后基本趨于恒定。
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