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鋰離子電池阻燃劑對電池的影響 磷酸三甲酯
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2016-9-14 16:44:33 |
在空白電解液中，電解液與Li+的相互作用較弱，負極不需要形成較致密的SEI膜，就可以實現(xiàn)Li+的可逆嵌脫，因此幾乎看不到電解液在MCMB上形成SEI膜的電流峰。TCPP與Li+的作用較強，因此隨著TCPP濃度的提高，電解液發(fā)生共嵌入的趨勢越來越大，當(dāng)TCPP濃度達到一定程度時，就發(fā)生了電解液的共嵌入，導(dǎo)致碳材料的結(jié)構(gòu)被破壞。這種現(xiàn)象更可能是兩種因素共同作用的結(jié)果。
在鋰離子電池阻燃劑對電池的影響實驗中，將MCMB電極首先在空白電解液中進行預(yù)循環(huán)(以50mA/g的電流充放電3次，電壓范圍為0?015~2?500V)，使材料表面首先形成SEI膜，然后再將其放入含30%TCPP的電解液中，進行循環(huán)伏安測試。
MCMB電極經(jīng)預(yù)循環(huán)后在30%TCPP電解液中的循環(huán)伏安曲線可以看出:MCMB電極直接在含30%TCPP的電解液中只有還原電流，沒有氧化電流，表明此時MCMB的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，這與首次充電的結(jié)果一致。
將MCMB電極在空白電解液中進行預(yù)循環(huán)后，再放入30%TCPP電解液中進行循環(huán)伏安掃描，此時在約1V處出現(xiàn)了電解液的共嵌入峰。從第2次循環(huán)開始，電解液的共嵌入峰消失，此時MCMB電極可以進行Li+的嵌脫。循環(huán)伏安的結(jié)果表明:如果對MCMB的表面進行預(yù)處理，使其生成部分SEI膜后，則電極材料在30%TCPP電解液中的循環(huán)性能可以得到提高。
提高阻燃劑與MCMB負極材料相容性的措施。將MCMB/Li電池放入空白電解液進行預(yù)循環(huán)，然后再放入30%TCPP電解液中，進行充放電測試，結(jié)果可以看出:MCMB/Li電池在空白電解液中預(yù)循環(huán)時的比容量為300mAh/g，循環(huán)性能較好，充放電容量主要集中在0-2V的平臺。
當(dāng)電解液中加入TCPP后，電池的首次充電比容量降到了190mAh/g，在隨后的循環(huán)中仍有衰減，因此可以推測出:由于TCPP與Li+的作用較強;MCMB在電解液中形成的SEI膜對TCPP來說不夠致密，仍然會有TCPP發(fā)生共嵌入，破壞了MCMB的結(jié)構(gòu)，降低了充放電容量。電解液中加入TCPP后，MCMB/Li電池的充放電曲線變得陡峭，充放電平臺也不明顯，越來越表現(xiàn)出硬碳材料的嵌脫鋰特征。
磷酸三甲酯(TMP)主要用作醫(yī)藥、農(nóng)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(nóng)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。
MCMB同時具有高石墨化成分和低石墨化成分。高石墨化成分與電解液的相容性較差，在添加TCPP后首先被破壞，因此需要較高質(zhì)量的SEI膜;低石墨化成分更多地表現(xiàn)出硬碳材料的嵌脫鋰特征，與含有較高濃度阻燃劑的電解液仍然有很好的相容性。
熱解炭黑在30%TCPP電解液中的充放電行為。以熱解炭黑(武漢產(chǎn)，AR)為正極材料，組裝熱解炭黑/Li模擬電池，進行循環(huán)性能測試，結(jié)果可以看出:熱解炭黑在30%TCPP電解液中的循環(huán)性能較好，采用此材料可以較好地解決阻燃劑的共嵌入問題。不過，這種材料本身的理論比容量只有約220mAh/g，因此作為鋰離子電池的負極材料具有一定的局限性。
采用循環(huán)伏安和充放電實驗研究了阻燃劑磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)與鋰離子電池負極材料的相容性。鋰離子電池阻燃劑對電池的影響實驗結(jié)果表明:阻燃劑降低了電解液在MCMB表面形成SEI膜的能力，同時阻燃劑與Li+有較強的相互作用，導(dǎo)致了溶劑的共嵌入，使MCMB負極材料失去充放電能力。
這可能是由于MCMB是一種介于石墨和硬碳材料之間的過渡材料，即由高石墨化成分和低石墨化成分組成。由于高石墨化成分與電解液的相容性較 差，因此添加阻燃劑TCPP后，MCMB中高石墨化成分首先發(fā)生溶劑的共嵌入，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離而被破壞，但低石墨化成分仍然可以提供一定的充放電容量，因此MCMB更多地表現(xiàn)出硬碳材料的充放電特征。
使用固體電解質(zhì)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。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點，既可作為正負電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質(zhì)用。
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