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開(kāi)發(fā)安全型鋰離子電池阻燃劑 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：2016-9-14 16:48:36 |
近年來(lái)能源開(kāi)始逐步缺乏，尋求一種高能源物質(zhì)是全世界的必經(jīng)之路。鋰離子電池獨(dú)特的高能量密度、體積小、安全等優(yōu)點(diǎn)成為了人們的研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)安全型鋰離子電池阻燃劑成了發(fā)展的目標(biāo)。鋰離子研究道路崎嶇艱辛，為了獲得更好的材料與物質(zhì)配比許多科研人員將自己的大部分時(shí)間與精力奉獻(xiàn)給了鋰離子電池的研究。電池的正負(fù)極材料固然重要，但是電解液可以說(shuō)是電池的血液，因此對(duì)電解液的研究將會(huì)在鋰離子電池的發(fā)展上取得重大的突破。電解液在電池中充當(dāng)很重要的角色。
鋰離子電池的安全性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，與其四大關(guān)鍵材料——正極、負(fù)極、隔膜和電解液——以及電芯的設(shè)計(jì)、組裝工藝和電池管理系統(tǒng)都有關(guān)系。近年來(lái)對(duì)于鋰離子電池安全性的疑慮已經(jīng)影響了電動(dòng)車的推廣使用，因此，從每一個(gè)環(huán)節(jié)入手全面提升鋰離子電池的安全性，開(kāi)發(fā)安全型鋰離子電池阻燃劑，成為行業(yè)的重要課題。
對(duì)于電解液來(lái)說(shuō)，其易燃的有機(jī)溶劑是電池燃燒時(shí)候的主要元素，因此需要開(kāi)發(fā)安全型鋰離子電池阻燃劑。阻燃功能是在常規(guī)電解液中加入阻燃添加劑獲得的，一般采用磷系或鹵系阻燃劑，要求阻燃添加劑價(jià)格合理且不損害電解液性能。
引發(fā)電池燃燒或爆炸的原因主要包括過(guò)熱、過(guò)充和短路等。在過(guò)熱但仍然較低的溫度（150℃）時(shí)，正極材料與電解液之間的復(fù)雜反應(yīng)是導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐闹饕蛑弧崾Э睾?，電解液和正極材料還會(huì)發(fā)生熱分解，負(fù)極材料和電解液會(huì)發(fā)生反應(yīng)，都會(huì)產(chǎn)生大量氣體，引起爆炸。因此，對(duì)鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性進(jìn)行深入研究，弄清電池內(nèi)部放熱的原因，這對(duì)于從根本上解決其安全問(wèn)題具有重要的意義。
在過(guò)充情況下，電池內(nèi)部電壓升高，正極溢出大量鋰離子，負(fù)極吸收不了的鋰離子會(huì)在其表面形成枝晶，使電池內(nèi)部短路。短路電流會(huì)產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致溫度迅速升高。加入過(guò)充保護(hù)添加劑—主要是電聚合添加劑和氧化還原對(duì)添加劑，可以有效降低過(guò)充的危害。
磷酸三甲酯TMP質(zhì)檢單
Product
Name 磷酸三甲酯TMP
Trimethyl Phosphate; TMP Batch No. Quantity
130209 8000KG
檢 驗(yàn) 項(xiàng) 目Analysisitems 檢 驗(yàn) 結(jié) 果Result
性 狀
Characteristics 無(wú) 色 透 明 液 體
Colorless transparent liquid
含 量 (GC%)
Assay ≥99%
99.35
色 度
Color Value(APHA) ≤20 ＜20
酸 值(mgKOH/g)
Acid Value ≤0.20
0.13
折 光 率(nD20)
Refractive Index 1.393-1.397
1.394
比 重 (20/20℃)
Specific Gravity 1.213-1.217
1.215
水分
Water Content ≤0.2% 0.065
結(jié) 論 Conclusion 合格 優(yōu)級(jí)品 / Up to Standard
此外，采用室溫離子液體作為電解液也已進(jìn)入研究階段，將完全排除易燃的有機(jī)溶劑在電池中的使用。并且離子液體具有蒸氣壓極低、熱穩(wěn)定/化學(xué)穩(wěn)定性好、不易燃等特點(diǎn)，將大幅提高鋰離子電池的安全性。
正極材料和電解液的熱反應(yīng)被認(rèn)為是熱失控發(fā)生的主要原因，提高正極材料的熱穩(wěn)定性尤為重要，在產(chǎn)業(yè)界正極材料的開(kāi)發(fā)也更受關(guān)注，除了有其價(jià)格較高、利潤(rùn)較大的原因外，它在電池安全性中的重要地位也是其備受關(guān)注的一個(gè)重要原因。與負(fù)極材料一樣，正極材料的本質(zhì)特征決定了其安全特征。
LiFePO4由于具有聚陰離子結(jié)構(gòu)，其中的氧原子非常穩(wěn)定，受熱不易釋放，因此不會(huì)引起電解液的劇烈反應(yīng)或燃燒;而其他過(guò)渡金屬氧化物正極材料，受熱或過(guò)充時(shí)容易釋放出氧氣，安全性差。而在過(guò)渡金屬氧化物當(dāng)中，LiMn2O4在充電態(tài)下以λ-MnO2形式存在，由于它的熱穩(wěn)定性較好，所以這種正極材料也相對(duì)安全性較好。此外，也可以通過(guò)體相摻雜、表面處理等手段提高正極材料的熱穩(wěn)定性。
電解質(zhì)的選用對(duì)鋰離子電池的性能影響非常大，它必須是化學(xué)穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解，具有較高的離子導(dǎo)電率，而且對(duì)陰陽(yáng)極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽(yáng)極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰，所以電解質(zhì)必須采用有機(jī)化合物而不能含有水。但有機(jī)物離子導(dǎo)電率都不好，所以要在有機(jī)溶劑中加入可溶解的導(dǎo)電鹽以提高離子導(dǎo)電率。目前鋰離子電池主要是用液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無(wú)水有機(jī)物如EC、PC、DMC、DEC。
用金屬鋰直接用作陽(yáng)極材料具有很高的可逆容量，其理論容量是石墨材料的十幾倍，價(jià)格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽(yáng)極材料，但會(huì)產(chǎn)生枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長(zhǎng)，使得金屬鋰用作陽(yáng)極材料成為可能。
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