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當(dāng)前位置：首頁 > 行業(yè)新聞 > 鋰離子電池阻燃劑與鋰離子電池負(fù)極材料的相容性 磷酸三甲酯鋰離子電池阻燃劑與鋰離子電池負(fù)極材料的相容性 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 16:42:47 |
鋰離子電池阻燃劑與鋰離子電池負(fù)極材料的相容性實驗中，為了提高阻燃劑磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)與鋰離子電池負(fù)極材料中間相碳微球(MCMB)的相容性，在不同TCPP濃度電解液中研究了MCMB的循環(huán)伏安和充放電行為。結(jié)果表明:當(dāng)電解液中TCPP的濃度為20%(體積比)時，MCMB/Li電池的首次充電比容量由空白電池的350mAh/g增加到420mAh/g，且1V處平臺的容量增加。當(dāng)TCPP的濃度增加到30%時，MCMB已經(jīng)不能進行充放電循環(huán)。當(dāng)把MCMB在空白電解液中預(yù)循環(huán)后，在30%TCPP電解液中可以進行充放電，相應(yīng)的MCMB/Li電池的充放電實驗也得到了相似的結(jié)果。熱解炭黑與阻燃劑TCPP有較好的相容性。
鋰離子電池的工作電壓高，采用碳酸酯類組成的有機電解液。這類有機電解液在滿足高電化學(xué)穩(wěn)定性的同時，也帶來了容易燃燒的問題。鋰離子電池電解液所采用的有機溶劑的閃點相對較低(如，DMC:17;EMC:23;DEC:33)，當(dāng)電池過充電或受熱時，電解液易發(fā)生不可逆的氧化分解或熱分解，產(chǎn)生大量的可燃性氣體，并引起電池的內(nèi)壓驟升，一旦電池的外殼脹裂，易發(fā)生燃燒、爆炸等問題。安全問題一直制約著鋰離子動力電池的應(yīng)用。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)，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。
阻燃劑磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)具有較好的阻燃效果，也具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，其氧化電位可達4.7V(vsLi/Li+)[5]。鋰離子電池的阻燃劑要與電池的正負(fù)極材料有較好的相容性。本文作者研究了阻燃劑影響鋰離子電池負(fù)極材料性能的原因，通過預(yù)循環(huán)，提高了阻燃劑與負(fù)極材料的相容性。
按照文獻的方法制備中間相碳微球(MCMB)粉末微電極(下文簡稱MCMB電極)，以金屬鋰片(北京產(chǎn)，99.9%)為對電極和參比電極，采用雙電極體系，在含不同濃度TCPP(江蘇產(chǎn)，CP)的電解液中進行循環(huán)伏安掃描，空白電解液為1mol/LLiPF6/EC+DMC(體積比1：1)電解液。所用儀器為CHI660B電化學(xué)工作站(上海產(chǎn))，掃描速度為20mV/s。
磷酸三甲酯(TMP)用途
用途一:鋰離子電池用阻燃添加劑
用途二:主要用作醫(yī)藥、農(nóng)藥的溶劑和萃取劑
用途三:用作測定鋯的試劑、溶劑、萃取劑及氣相色譜固定液。
用途四:鋯的測定。氣相色譜固定液(最高使用溫度50,溶劑為乙醚)。溶劑。萃取劑。半導(dǎo)體擴散源。
用途五:主要用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的溶劑及萃取劑。農(nóng)藥中間體。在日本,主要用作紡織油劑和聚合物的防著色劑。
用途六: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。
鋰離子電池阻燃劑與鋰離子電池負(fù)極材料的相容性實驗中配制不同TCPP濃度電解液，以MCMB為正極，金屬鋰片為負(fù)極和參比電極，組裝MCMB/Li模擬電池，研究阻燃劑對負(fù)極材料性能的影響，充放電電流為50mA/g，采用BTS-0550型電池測試系統(tǒng)(深圳產(chǎn))。
不同TCPP濃度電解液MCMB/Li電池的首次充電曲線可以看出:與空白電池的首次充電曲線相比，20%TCPP電解液的MCMB/Li電池從1V起出現(xiàn)一個較大的平臺。一般認(rèn)為:在此電位下發(fā)生電解液的還原，還原產(chǎn)物在碳電極表面形成了SEI膜。
由此推測，此時TCPP已經(jīng)在MCMB的表面發(fā)生了反應(yīng)。MCMB/Li電池的首次充電比容量也由空白電池的350mAh/g增加到420mAh/g。當(dāng)TCPP的濃度增加到30%時，MCMB/Li電池的充電曲線上1V處的不可逆容量大幅增加，首次充電比容量達到了約650mAh/g，電壓也未下降到截止電壓，隨后不能再進行放電循環(huán)，表明此時MCMB的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞。
MCMB電極在不同TCPP濃度電解液中的循環(huán)伏安曲線可以看出:與空白電解液中MCMB的循環(huán)伏安曲線相比，當(dāng)電解液中含有20%TCPP時，曲線在約1V處開始出現(xiàn)一個較大的還原峰，與圖1中1V處的平臺相對應(yīng)，并且在第2次循環(huán)時消失，從電流峰的位置和形狀上看，非常類似于SEI膜的形成。
由于鋰離子電池阻燃劑與鋰離子電池負(fù)極材料的相容性的實驗結(jié)果已經(jīng)表明:TCPP非常穩(wěn)定，即使在接近金屬鋰的電位下也不發(fā)生還原，因此可以推測約1V處出現(xiàn)的還原峰很可能與PC在石墨電極上發(fā)生的共嵌入反應(yīng)類似。這一方面可能是由于電解液中加入了較高濃度的阻燃劑，降低了電解液形成SEI膜的能力，導(dǎo)致溶劑的共嵌入;另一方面也可能是由于阻燃劑與Li+的作用較強造成的。
文章版權(quán)：張家港雅瑞化工有限公司
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