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鋰離子電池阻燃劑磷酸三甲酯對鋰離子電池作用實驗
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2016-9-27 15:52:52 |
應用循環(huán)伏安、交流阻抗、掃描電子顯微鏡和鋰離子電池性能檢測裝置研究了鋰離子電池阻燃劑磷酸三甲酯對鋰離子電池作用實驗。
結(jié)果表明，復合使用TMP和VC不僅能提高電池的安全性而且能改善電池的循環(huán)性能，原因可能是在電池首次充放電過程中VC優(yōu)先還原，還原產(chǎn)物在負極表面聚合形成良好的SEI膜，有效地制約了因TMP在石墨負極表面的分解而造成負極石墨的脫落，同時提高了SEI膜的穩(wěn)定性。
大容量鋰離子動力電池的巨大應用前景引起了眾多科學工作者的關注，然而，發(fā)展大容量鋰離子動力電池的主要障礙就是安全性問題，尤其是在濫用狀態(tài)下(如熱沖擊、過充、過放、短路等)往往存在著火、爆炸等安全隱患。要開發(fā)大容量鋰離子電池，必須解決安全性問題，
加入阻燃添加劑目的即在提高電池的安全性能。但普通的烷基磷酸酯類阻燃劑往往會由于它的添加而使電解液粘度增大、電導率減小以及電池首次充放電過程中磷酸酯在石墨負極上的還原分解而使電池的循環(huán)性能大大降低。迄今為止，這些問題不能得到很好的解決。
本文介紹了鋰離子電池阻燃劑磷酸三甲酯對鋰離子電池作用實驗，試圖借助鋰離子電池阻燃劑TMP(ω= 10%)和成膜添加劑VC(2%)的復合使用來提高電池的安全性和循環(huán)性能。
用水溶解(質(zhì)量配比)3%羧甲基纖維素鈉(CMC)+6%聚苯乙烯丁橡膠(SBR)+91%復合石墨制成負極漿料，然后在銅箔上拉漿制成極片作為負極;以N2甲基吡咯烷酮(NMP)溶解(質(zhì)量配比)90%LiMn2O4+5%導電石墨+5%PVDF制成正極漿料，之后在鋁箔上拉漿制成正極，以1mol/L LiPF6+(EC+DMC)(1∶1質(zhì)量比，以下均同)為基準電解液，再分別按空白以及添加10%TMP或10%TMP+2%VC組裝成18650型動力電池，設定容量為1200mAh，激光焊封口，電解液的配置和注液在氬氣手套箱內(nèi)進行。
磷酸三甲酯TMP運輸注意事項
運輸前應先檢查包裝容器是否完整、密封，運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與氧化劑、堿類、食用化學品等混裝混運。運輸車船必須徹底清洗、消毒，否則不得裝運其它物品。船運時，配裝位置應遠離臥室、廚房，并與機艙、電源、火源等部位隔離。公路運輸時要按規(guī)定路線行駛。
使用BS-9300二次鋰離子電池性能檢測裝置(廣州擎天)測定上述組裝的18650型動力電池(石墨/LiMn2O4)的循環(huán)性能，實驗條件是于恒流下以0.5C從2.75～4.2V進行充放電循環(huán).安全測試在高溫爆炸室內(nèi)進行，實驗方法是試驗電池經(jīng)首次充放電后再充滿電到4.2V，此時電池的環(huán)境溫度逐漸升高，直至175℃恒溫，測定電池溫度隨時間的變化關系。
分別解剖初次充放電后和循環(huán)150次后的電池，然后取一塊負極片用適當溶劑清洗并由PhilipsXL230ESEM環(huán)境電子掃描電子顯微鏡觀察表面形貌。由電化學工作站(Gamryinstruments)測定含和不含不同添加劑的18650型電池于其首次充放 電后石墨負極的交流阻抗，頻譜范圍:105 ～0.01Hz.三電極體系，以石墨電極作研究電極，鋰電極 為對電極和參比電極，測定溶劑(EC+DMC)和添加劑(TMP和VC)在碳負極表面的還原電位，并分別對1mol/LLiPF6EC+DMC以及含有添加劑TMP和VC的電解液作0～2V循環(huán)伏安掃描測試，掃速0.05mV/s。
鋰離子電池阻燃劑磷酸三甲酯對鋰離子電池作用實驗表明，上述18650型電池于其首次充放電過程中因溶劑在負極表面還原而形成SEI膜，性能良好、不易破裂的SEI膜是電池安全性的重要保障.而當于電解液加入添加劑、該電池于首次充放電時，由于體系中各組分的還原電位互有不同，還原電位高的物質(zhì)便在石墨負極表面優(yōu)先還原。
據(jù)知，為了抑制電解液體系某些還原電位較低的組分在石墨負極上的還原分解，通常加入一些還原電位高的成膜添加劑以使SEI膜能在高電位下生成，這樣當體系電位于其到達低還原電位物質(zhì)的還原分解電位之前，負極表面的SEI膜已經(jīng)形成，從而大大地減少了低還原電位物質(zhì)在負極表面的還原分解，同時也降低了分解對已經(jīng)形成的SEI膜以及電池循環(huán)性能的影響.分別給出溶劑(EC+DMC)、TMP以及VC在石墨負極表面的循環(huán)伏安曲線，示明電池首次充放電過程各組分于石墨負極表面還原的先后順序。
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