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增強鋰離子電池安全性的阻燃添加劑 磷酸三甲酯
| 來源：邵君( 先生，國內國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2016-9-23 12:15:56 |
電解液作為鋰離子電池的一個重要組成部分對電池性能影響很大。有機電解液添加劑是近年來鋰離子電池研究中的一個熱點。本文講述了增強鋰離子電池安全性的阻燃添加劑改善電池安全性的作用機理、特點以及它們在鋰離子電池有機電解液中的應用研究現(xiàn)狀。
鋰離子電池是繼鉛酸、鎘鎳、金屬氫化物鎳蓄電池之后的新一代高能“綠色”能源，應用范圍也越來越廣泛。增強鋰離子電池安全性的阻燃添加劑應用非常廣泛。當鋰離子電池過充電時，由于電池電壓隨著極化的增大而迅速上升，勢將引發(fā)正極活性物質結構的不可逆變化以及電解液的氧化分解，進而產(chǎn)生大量的氣體并放出大量的熱，致使電池內壓和溫度急劇上升，難免存在爆炸、燃燒等不安全隱患。
目前，鋰離子電池的過充電保護一般采用專用的過充電保護電路來實現(xiàn)。通過增強鋰離子電池安全性的阻燃添加劑來實現(xiàn)電池的過充電保護，對于簡化電池制造工藝，降低電池生產(chǎn)成本具有極其重要的意義。介紹兩種加強電池安全性的電解液添加劑：阻燃添加劑和過充電保護添加劑。電聚合過充保護添加劑的共同缺點是，這種過充保護是一次性的。電聚合添加劑發(fā)揮作用的同時，電池壽命也告終結。
為了防止過充狀態(tài)熱失控行為的發(fā)生，實際應用中電池外部往往配置一個正溫度系數(shù)(PTC)電阻片。當電池溫度超過某一個設定值時，電阻的阻值 會隨著溫度的升高而迅速增加。利用這一PTC效應，當電池溫度出現(xiàn)異常升高時降低或切斷充放電電流。這一方法雖然簡單，但并不十分可靠。由于電池外殼的溫度升高要滯后于電池內部，配置在電池外殼上的PTC電阻片并不能及時、準確地感受到 電池內部的實際溫度。例如，Leising等[54] 發(fā)現(xiàn)115Ah的電池以1C速率過充電，當電池內部溫度達到199℃時，外部感應溫度只有10614℃，致使PTC電阻不能同步作用。
楊漢西等研究了附著有PTC添加劑的電極。他們在正極集流體鋁箔上涂制一層環(huán)氧樹脂2炭黑復合物作為PTC材料，使電極本身具有了PTC效應。對電池充放電表明，當電池在室溫附近正常工作時，PTC材料對電池沒有任何影響。當電極溫度在80—100℃之間，PTC效應逐漸顯現(xiàn)出來。隨著溫度的升高，材料電阻增大。當溫度超過100℃時，電池電阻急劇增大，電池充電電流迅速減小，大大提高了電池的安全性能。
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。
當電池回歸正常溫度范圍時，PTC材料自身的阻抗又變小，電池也能正常充放電。與電聚合過充保護劑相比，PTC添加劑材料的優(yōu)勢是非常明顯的，因此值得大力開發(fā)。但是，目前已發(fā)現(xiàn)的具有PTC效應的材料大多數(shù)是無機物如BaTiO3、V2O5等，此類材料產(chǎn)生PTC效應的溫度較高，因此不能應用于鋰離子電池。為鋰離子電池找到合適溫度效應的PTC材料是關鍵，目前這方面的研究很少。
以上我們概述了目前幾類提高鋰離子電池安全性的添加劑以及各自所存在的問題。雖然很多添加劑與正極材料的匹配時都具有改善電池安全性的功能。但是，即使這些很有應用前景的添加劑研究所存在的問題也是顯然的:(1)大部分研究較少考慮Π涉及添加劑在負極材料表面穩(wěn)定性或其分解產(chǎn)物對負極材料性能的影響;(2)目前鋰離子電池電極材料(尤其是負極材料)種類繁多，材料的表面化學性質不一，電極材料對充放電電位的敏感程度也不一致，不可能用一種或有限的幾種添加劑應對所有電池結構設計。
因此，今后應著力研究開發(fā)針對特定電池體系的安全性保護劑，特別是在研究開發(fā)過充保護添加劑時更是如此;(3)也許是因為不易尋找能在較低溫度(例如在120℃左右)下發(fā)生熱聚合的添加劑，目前這方面的研究還很少。雖然同上面所介紹 的電聚合添加劑一樣并不完美，但熱聚合添加劑顯然也是鋰離子電池安全性添加劑研究的一個重要方向。
據(jù)報道，芳香族化合物適合作為聚合單體，如聯(lián)二苯、氯代噻吩、呋喃等，這些物質在一定的電勢下，會發(fā)生電化學聚合反應，增加電池內阻，阻斷對電池繼續(xù)充電，從而為電池提供過充電保護。
文章版權：張家港雅瑞化工有限公司
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固化劑|擴鏈劑|交聯(lián)劑
