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鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn) 磷酸三甲酯
| 來(lái)源：邵君( 先生，國(guó)內(nèi)國(guó)際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時(shí)間：2016-9-4 23:34:36 |
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：通過(guò)測(cè)量電解液的自熄時(shí)間，研究了阻燃劑磷酸三氯丙酯(TCPP)對(duì)電解液燃燒性能的影響。1mol/LLiPF6/EC+DMC電解液的燃燒性能隨TCPP含量的增加而迅速減弱，當(dāng)TCPP的含量超過(guò)35%(體積比)后，電解液不再具有可燃性;對(duì)于1mol/LLiClO4/EC+DMC電解液，阻燃作用不顯著。線性電位掃描的結(jié)果表明:TCPP的電化學(xué)窗口可達(dá)417V(vs1Li/Li+)。循環(huán)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明:LiCoO2的容量在含20%(體積比)TCPP的1mol/LLiPF6/EC+DMC電解液中仍然有120mAh/g，但是在此電解液中，中間相炭微球(MCMB)的容量下降至125mAh/g左右。
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：鋰離子電池的正、負(fù)極均為高反應(yīng)活性材料，充電電壓可達(dá)412V，水基電解液已不能滿(mǎn)足要求，因此采用碳酸酯類(lèi)組成的有機(jī)電解液。雖然它們的電化學(xué)窗口較寬，可達(dá)510V以上，但這類(lèi)有機(jī)電解液在滿(mǎn)足高電化學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)，也帶來(lái)了容易燃燒的問(wèn)題。
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：鋰離子電池所采用的有機(jī)溶劑的閃點(diǎn)相對(duì)較低(DMC為17e，EMC為23e，DEC為33e)，因此當(dāng)電池過(guò)充電或受熱時(shí)，電池內(nèi)部易發(fā)生電解液的不可逆氧化分解或熱分解，產(chǎn)生大量可燃性氣體，并引起電池的內(nèi)壓急速上升，電池的外殼一旦脹裂，易發(fā)生燃燒，并引發(fā)爆炸等。電解液的燃燒反應(yīng)通常是氫氧自由基參與的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因此在鋰離子電池電解液中添加阻燃劑，可有效地降低電解液的可燃性。商品化的阻燃劑種類(lèi)繁多，其作用機(jī)理也各不相同。 通常，在鋰離子電池中使用的阻燃劑可以分為鹵系和磷系。其中，磷系阻燃劑主要包括一些烷基磷酸酯、氟化磷酸酯及磷腈類(lèi)化合物。當(dāng)磷系阻燃劑受熱時(shí)，分解釋放出含磷自由基，捕獲高反應(yīng)活性的氫自由基，從而起到阻燃作用。
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：作為鋰離子電池電解液的阻燃劑，除了要有較好的阻燃作用外，還要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、與電解液有較好的相容性和較寬的電化學(xué)窗口等。含鹵素的磷酸酯類(lèi)在受熱時(shí)，不僅可以分解釋放出鹵素原子來(lái)捕獲氫自由基，而且可以釋放出含磷的自由基來(lái)捕獲氫自由基;阻燃元素間的協(xié)同作用可降低阻燃劑的用量，提高阻燃劑的阻燃效果[5]。本文選擇了磷酸三氯丙酯(TCPP，江蘇產(chǎn)，CP)作為鋰離子電池電解液的阻燃劑，研究了其對(duì)有機(jī)電解液的阻燃效果以及對(duì)電池性能的影響。
磷酸三甲酯TMP-cas號(hào):512-56-1
中文名稱(chēng)：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
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：阻燃劑作用效果的評(píng)價(jià)。為了評(píng)價(jià)阻燃劑的作用效果，通常以加入阻燃劑后有機(jī)物從開(kāi)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)[4]。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(100Ll，上海產(chǎn))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(kāi)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阻燃實(shí)驗(yàn)：TCPP的電化學(xué)穩(wěn)定性。將TCPP以5%的體積比加入1mol/LLiPF6/EC+DMC(1B1，質(zhì)量比，下同)電解液中，以鉑微盤(pán)電極為工作電極，較大的金屬鋰片為對(duì)電極和參比電極，采用雙電極體系測(cè)定TCPP的電化學(xué)穩(wěn)定性。所用儀器為CHI660A型電池測(cè)試系統(tǒng)(上海產(chǎn))，掃描速度為20mV/s。
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：模擬電池實(shí)驗(yàn)。分別以LiCoO2和MCMB為正極，金屬鋰為負(fù)極和參比電極，電解液為含不同體積TCPP的1mol/LLiPF6/EC+DMC，組裝模擬電池，以確定TCPP對(duì)電池性能的影響。所用充放電儀為BTS-0550型電池測(cè)試系統(tǒng)(深圳產(chǎn))。
鋰離子電池阻燃劑的阻燃實(shí)驗(yàn)：Matsuda等人研究了5種氟代碳酸酯添加到常用電解液1mol/LLiClO4-EC/DEC/PC(1∶1∶1，體積比)中與石墨混合后的熱穩(wěn)定性、電化學(xué)氧化穩(wěn)定性和充放電性能。結(jié)果顯示，有氟代碳酸酯參加的電解液體系熱穩(wěn)定性和電化學(xué)氧化穩(wěn)定性都有一定程度的提高。并且，隨著氟代碳酸酯添加量的增大和電流密度的增加，電化學(xué)還原碳酸丙烯酯(PC)的量減少，因此首次庫(kù)倫效率提高。甲基全氟丁醚（MFE）作為阻燃劑在阻燃性和電池性能方面比氟代碳酸丙烯酯略差。Arai等人詳細(xì)評(píng)價(jià)了MFE在Li/石墨和Li/鈷酸鋰半電池中的性能，結(jié)果顯示，含和不含MFE對(duì)Li/鈷酸鋰電池性能影響不大，但是含有MFE使Li/石墨電池的極化大大增加。
文章版權(quán)：張家港雅瑞化工有限公司
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