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鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑 磷酸三甲酯
| 來源：邵君( 先生，國內國際部經理 ) 發(fā)布時間：2016-9-6 11:13:22 |
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：近年來，研究者逐漸將研發(fā)重點轉向含氟酯類和醚類等有機氟系化合物，因為此類化合物都是閃點很高或無閃點的有機溶劑。氟取代氫原子后， 溶劑分子的含氫量降低，可燃性降低，添加到電解液中能明顯改善電解液的熱穩(wěn)定性。同時，借助F元素的吸電子效應，還有利于提高溶劑分子在碳負極表面的還原電位，優(yōu)化固體電解質界面膜，改善電解液與活性材料間的相容性，進而穩(wěn)定電極的電化學性能。鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：K.Yokoyama等人公開了一系列氟代環(huán)狀碳酸酯類化合物，如一氟代甲基碳酸乙烯酯（CH2F-EC）、二氟代甲基碳酸乙烯酯（CHF2-EC）和三氟代甲基碳酸乙烯酯（CF3-EC）等，這些化合物都具有較高的閃點和介電常數，都能夠較好地溶解鋰鹽電解質，并與其它有機溶劑互溶，添加此類氟代碳酸酯類化合物表現(xiàn)出了良好的充放電性能、 循環(huán)性能和阻燃性。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：K.Sato等人研究了氟代鏈狀碳酸酯類化合物在鋰離子電池電解液中的應用，如二氟乙酸甲酯（MFA）和二氟乙酸乙酯（EFA），發(fā)現(xiàn)這些氟代酯類不僅具有很好的高溫穩(wěn)定性，而且粘度小、熔點低、低溫性能良好。DSC測試結果表明MFA電解液體系表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，比傳統(tǒng)體系的放熱峰溫度高出110℃。二者的放電容量也相差無幾。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：J.Arai等人還研究了氟代醚類化合物阻燃劑，他們將甲基氟代丁基醚（MFE）添加到LiBETI電解液體系中，發(fā)現(xiàn)電解液無閃點，在針刺和過充試驗中均未出現(xiàn)著火現(xiàn)象，電池安全性能得到大大提高。室溫下使用1mol/LLiBETI/MFE+EMC+EC+LiPF6電解液的18650電池表現(xiàn)出很好的不燃性，1C的充放電效率可達90％以上，560次循環(huán)后容量還可保持80％。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：黃倩等人首次采用了全氟代丁基磺酸鉀（PNB）作為鋰離子電池電解液的阻燃添加劑，當添加劑PNB在電解液中的含量在0.8％時，電解液的火焰?zhèn)鞑ニ俾氏陆?4％，阻燃作用表現(xiàn)得非常顯著，150次循環(huán)后電池容量沒有明顯的下降。以上有機氟系化合物雖然綜合性能良好，但是其制造成本普遍偏高，所以真正應用到商業(yè)電解液阻燃添加劑的很少，現(xiàn)還處于實驗室的研究階段。
磷酸三甲酯TMP質檢單
Product
Name 磷酸三甲酯TMP
Trimethyl Phosphate; TMP Batch No. Quantity
130209 8000KG
檢 驗 項 目Analysisitems 檢 驗 結 果Result
性 狀
Characteristics 無 色 透 明 液 體
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
結 論 Conclusion 合格 優(yōu)級品 / Up to Standard
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：在現(xiàn)代阻燃技術中，阻燃劑的復合技術是極其重要的發(fā)展方向。復合阻燃體系顧名思義，具有兩種以上的阻燃元素，兼有不同種類阻燃劑的特性。幾種阻燃元素的協(xié)同作用即可降低添加劑用量，又可提高阻燃效率，復合協(xié)同作用為電解液阻燃技術的深入研究開辟了廣闊的前景。目前，用于鋰離子電池電解液中復合阻燃添加劑主要是磷-氟類化合物，特別是氟代磷酸酯類化合物，此類化合物具有P和F兩種阻燃元素，可以協(xié)同作用，同時F元素的存在有助于電極界面形成優(yōu)良的SEI膜，改善電解液與活性材料間的相容性，F(xiàn)元素還可消弱分子間的粘性力，使分子、 離子的遷移阻力減小，進而降低其粘度，改善電解液的電導率。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：KangXu等人合成了一系列氟代烷基磷酸酯類化合物，包括三（2，2，2-三氟乙基）磷酸酯（TFP）、二（2，2，2-三氟乙基）甲基磷酸酯（BMP）和（2，2，2-三氟乙基）二乙基磷酸酯（TDP）。經測試發(fā)現(xiàn)三者均能在保持電解液電化學性能的前提下，具有阻燃性能，并且阻燃效果明顯優(yōu)于烷基磷酸酯類添加劑，其中以TFP的綜合性能最佳，當TFP的含量為5％時，電解液的自熄時間降低約50％。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：盛喜優(yōu)等人采用三氯氧磷、三氟乙醇和氯化鋰等在溫和的條件 下合成了TFP， 產率可達94％，同時也驗證了TFP作為阻燃添加劑的作用，實驗結果表明，當TFP濃度在10％以內時，阻燃效果明顯，對電池比容量的影響也幾乎可以忽略。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：S.S.Zhang等人又研究了三（2，2，2-三氟乙基）亞磷酸酯（TTFP）對1mol/LLiPF6/PC＋EC+EMC(3︰3︰4)電解液體系的阻燃效果和對電池性能的影響，實驗結果表明，以TTFP作電池電解液的阻燃添加劑可以顯著降低電解液的可燃性，當TTFP含量達到15％時，電解液變得完全不可燃，同時對電解液電導率的影響不大，表現(xiàn)出了很好的綜合性能。
鋰離子電池中有機氟系及復合型阻燃添加劑：國內的孫斌等人也驗證了TTFP用于鋰離子電池電解液的阻燃作用，實驗電池的研究結果表明，TTFP在負極材料和正極材料上的電化學穩(wěn)定性良好，TTFP添加到電解液中可以明顯提高電池的安全性能。
文章版權：張家港雅瑞化工有限公司
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