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鋰離子電池阻燃劑的作用效果 磷酸三甲酯
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時(shí)間：2016-9-30 11:26:01 |
為了評(píng)價(jià)鋰離子電池阻燃劑的作用效果，通常以加入阻燃劑后有機(jī)物從開始燃燒到熄滅的時(shí)間作為評(píng)價(jià)阻燃劑優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。
鋰離子電池阻燃劑的作用效果評(píng)價(jià)方法：按不同體積比將TCPP與電解液用超聲波混合，然后用微樣進(jìn)樣器滴加到熱重實(shí)驗(yàn)用的鋁坩堝內(nèi)，點(diǎn)火2s，然后用秒表測(cè)定從開始燃燒到熄滅的時(shí)間，即自熄時(shí)間(SET)。鋰離子電池阻燃劑的作用效果是阻燃劑的重要指標(biāo)。
在保持電池各方面電化學(xué)性能的同時(shí)，開發(fā)具有有效阻燃性能的添加劑。在合適的溫度下，如110～150℃范圍內(nèi)能夠發(fā)生熱聚合的添加劑研究尚少。熱聚合的單體需滿足電化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好，不影響鋰離子電池內(nèi)部鋰離子傳導(dǎo)，并且能夠在一定溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)，從而阻斷電池的充放電，阻止電池溫度的上升，避免“熱失控”的發(fā)生。顯然，熱聚合添加劑是鋰離子電池安全性添加劑研究的一個(gè)重要方向。
對(duì)于新型隔膜材料的研究, 還采用具有優(yōu)異尺寸熱穩(wěn)定性的聚芳砜酰胺無紡膜, 并在后處理過程中涂覆二氧化硅納米顆粒制備成高性能聚芳砜酰胺復(fù)合隔膜。與商業(yè)化的聚烯烴隔膜相比, 該新型聚芳砜酰胺復(fù)合隔膜具有較高的孔隙率、較好的電解液吸收性 能、優(yōu)異的尺寸熱穩(wěn)定性和較高的離子電導(dǎo)率. 并且, 以該隔膜組裝的全電池具有較好的倍率性能和優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)性能。
根據(jù)鋰離子電池的安全性要求, 通過靜電紡絲工藝成功制備出可耐300℃高溫的熱固性聚酰亞胺納米纖維無紡布隔膜. 該隔膜表現(xiàn)了較高的機(jī)械拉伸強(qiáng)度和較寬的電化學(xué)窗口, 并在高溫120℃時(shí)體現(xiàn)了較高的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定的充放電性能和循環(huán)性能?？梢灶A(yù)見, 該無紡布隔膜在大功率和高溫電池領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
現(xiàn)有的鋰離子電池聚合物電解質(zhì)體系機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率不能兼顧。 因此, 從聚合物電解質(zhì)的綜合性能考慮, 開發(fā)新型“剛?cè)岵?jì)”的隔膜或聚合物電解質(zhì)體系, 實(shí)現(xiàn)剛和柔的對(duì)立統(tǒng)一, 來提高其耐溫性能、力學(xué)性能、界面安全性能和離子導(dǎo)電率等綜合性能. “剛”性材料, 如聚酰亞胺和聚芳砜酰胺等提供了高力學(xué)性能和尺寸熱穩(wěn)定性能; “柔”性離子傳輸材料, 如聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等將賦予優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性和界面穩(wěn)定性, “并濟(jì)”即兩種或多種材料復(fù)合達(dá)到雙贏的效果。根據(jù)單軸靜電紡絲原理改進(jìn)的同軸靜電紡絲工藝, 可以在納米尺度復(fù)合兩種或多種材料, 實(shí)現(xiàn)性能的高度統(tǒng)一。
磷酸三甲酯TMP-cas號(hào):512-56-1
中文名稱：磷酸三甲酯
中文別名：磷酸甲酯; 三甲基磷酸酯; 磷酸甲酯; 磷酸三甲酯
分子式 C3H9O4P；(CH3O)3PO
分子量 140.08
基于此, 采用耐高溫的聚酰亞胺(PI)作為核層, 具有高電壓窗口的PVDF-HFP作為殼層, 成功制備出了核殼結(jié)構(gòu)的PI PVDF-HFP納米纖維無紡隔膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 與商業(yè)化聚烯烴隔膜相比, PI PVDF-HFP隔膜具有較高的孔隙率、良好的電解液浸潤(rùn)性、優(yōu)異的熱尺寸穩(wěn)定性和寬的電化學(xué)窗口(可達(dá)到5.2 V (vs. Li+/Li)), 實(shí)現(xiàn)綜合性能的大幅度 提升. 而采用PI PVDF-HFP無紡布隔膜組裝成的電池, 無論是倍率還是長(zhǎng)循環(huán)性能均優(yōu)于用商業(yè)化聚烯烴隔膜組裝的電池。
兩種材料通過靜電紡絲的方式在納米尺度上進(jìn)行復(fù)合, 為動(dòng)力鋰離子電池隔膜的開發(fā)提供了全新的思路.。為了探索新的體系, 又采用耐高溫性的聚芳砜酰胺作為核層, PVDF-HFP材料作為殼層, 制造出新一代PSA PVDF-HFP核殼結(jié)構(gòu)的納米纖維隔膜. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 該材料同樣具有優(yōu)異的綜合性質(zhì)。
大致可將阻燃劑的作用歸結(jié)為兩個(gè)方面:隨著阻燃劑濃度的提高，阻燃效果越來越明顯;o阻燃劑濃度的增加，使電解液的含量減少。這都將使電解液的SET減小。
目前，用于鋰離子電池電解液中復(fù)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(shí)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(jìn)而降低其粘度，改善電解液的電導(dǎo)率。
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