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鋰電池電解液阻燃添加劑技術(shù)進(jìn)展 已有2人參與
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鋰電池電解液阻燃添加劑技術(shù)進(jìn)展 限制電動(dòng)汽車(chē)普及的主要因素，主要包括價(jià)格、基礎(chǔ)設(shè)施、續(xù)航里程和安全性。事實(shí)上，價(jià)格、基礎(chǔ)設(shè)施和續(xù)航里程都可以通過(guò)其他方式進(jìn)行彌補(bǔ)和改進(jìn)；而安全性，是用戶最關(guān)心的，也是電動(dòng)汽車(chē)和鋰電池生產(chǎn)商必須解決的重要問(wèn)題。 鋰電池電解液一般采用有機(jī)溶劑，在過(guò)熱條件下易燃，因此在電解液中加入阻燃添加劑是提高電池安全性最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。目前用于鋰離子電池阻燃的物質(zhì)主要包括磷酸酯類(lèi)、亞磷酸酯類(lèi)、有機(jī)鹵代物類(lèi)和磷腈類(lèi)等。 烷基磷酸酯類(lèi)化合物（如TMP、TEP等）是最早研究用于鋰離子電池的阻燃劑，但其粘度較大、電化學(xué)穩(wěn)定性差，在提高電解液阻燃性的同時(shí)會(huì)對(duì)電解液的離子導(dǎo)電性和電池的循環(huán)可逆性造成負(fù)面影響。利用F元素取代烷基上的H得到氟代烷基磷酸酯（如TFP、BMP、TDP），可以提高化合物的還原穩(wěn)定性及阻燃效果。此外，磷酸甲酚二苯酯（CDP）和磷酸二苯一辛酯(DPOF)等芳香基磷酸酯也具有良好的阻燃效果。 除了磷（V）化合物之外，磷（Ⅲ）化合物也是有效的阻燃添加劑。磷（Ⅲ）化合物與磷（V）化合物比較，更有利于SEI膜的生成，并且前者能使五氟化磷（PF5）失活。在磷（Ⅲ）化合物中，三（2，2，2-三氟乙基）亞磷酸酯（TTFP）不僅能夠降低電解液的可燃性，而且能夠提高鋰離子電池的循環(huán)性能，是一種比較有潛力的阻燃劑。 有機(jī)鹵代物阻燃劑主要是指氟代有機(jī)物，包括氟代環(huán)狀碳酸酯、氟代鏈狀碳酸酯和烷基-全氟代烷基醚等。氟代有機(jī)物具有較高的閃點(diǎn)，同時(shí)氟取代氫原子后會(huì)降低溶劑分子的含氫量及其可燃性，將其添加到有機(jī)電解液中可以提高電解液的安全性。氟代環(huán)狀碳酸酯類(lèi)化合物，如CH2F-EC、CHF2-EC 和CF3-EC 都具有較好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，較高的閃點(diǎn)和介電常數(shù)，能夠很好的溶解鋰鹽電解質(zhì)并與其它有機(jī)溶劑混溶。 磷腈類(lèi)化合物是指小分子的環(huán)狀或高分子線性磷氮化合物，一些磷腈化合物自身有比較好的離子導(dǎo)電性，可單獨(dú)用作鋰離子電池電解液，如含寡居氧化乙烯側(cè)鏈的線性多聚磷腈，離子導(dǎo)電率可達(dá)10-5S/cm。并且，這些聚合物有比較高的分解溫度（約235℃），放熱量適中。如寡聚環(huán)氧乙烯側(cè)鏈的環(huán)狀磷腈三聚體在保持離子導(dǎo)電性的同時(shí)具有很好的阻燃性能。 雖然很多種類(lèi)的電解液添加劑都一定程度上起到了阻燃的效果，但是由于添加劑的物理性質(zhì)（粘度大等）、化學(xué)或電化學(xué)不穩(wěn)定等性質(zhì)，它的加入往往又會(huì)對(duì)電池的其他方面性能造成負(fù)面影響。因此，在保持電池各方面電化學(xué)性能的同時(shí)，開(kāi)發(fā)具有有效阻燃性能的添加劑是鋰離子電池電解液阻燃添加劑未來(lái)發(fā)展的方向。 此外，熱聚合添加劑也是鋰離子電池安全性添加劑研究的一個(gè)重要方向。熱聚合添加劑能夠在一定溫度下（如110～150℃）發(fā)生聚合反應(yīng)，從而阻斷電池充放電，阻止電池溫度的上升，避免“熱失控”的發(fā)生。熱聚合的單體需滿足電化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好，且不影響鋰離子電池內(nèi)部鋰離子傳導(dǎo)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)該類(lèi)熱聚合型添加劑的研究尚少，在其實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之前還需投入大量的研究工作。 |
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