电池阻燃剂的作用原理

2024-09-11 15:46:03 sh默尼 12

Li+在电池中经过电解液-隔膜-电解液在正负极间转移,电子经由外电路在正负极间移动,从而确保电荷平衡。当前锂离子电池中常用的碳酸酯类电解质在电池遭受冲击、过热或过充状态下,容易释放出氧气,产生氢氧自由基的链式反应,最终导致燃烧,其中,H2可能来自于电解液组分和微量杂质水的还原分解,如下式所示:

RH→R·+H·(1)

H·+O2→HO·+O (2)

HO·+H2→H·+H2O (3)

O·+H2→HO·+H·(4)



根据燃烧链式反应的机理,阻燃可通过降低电解液中的自由基从而抑制燃烧。一方面,降低电解液产生自由基的能力,如使用高闪点或不燃的新型溶剂;另一方面,提高清除自由基的能力,如添加阻燃剂等。根据阻燃阶段的不同,通常可以将阻燃添加剂分为凝聚相阻燃与气相阻燃。凝聚相阻燃指在凝聚相与气相之间产生隔绝层,阻断燃烧的进行;气相阻燃指阻燃剂通过捕获燃烧自由基抑制燃烧链式反应的进行。


以磷酸三甲酯(TMP)为例,TMP是一种常用的磷类阻燃添加剂,通过气相方式抑制燃烧的进程。当电池温度升高时,TMP蒸发并分解出含有磷的自由基,含磷自由基与氢自由基反应,从而消除链式反应的主要活性物质,因此,燃烧链反应被抑制。


此外,阻燃还可通过产生隔层减少热量和物质的传递,在初期抑制燃烧。WANG等人研究了磷酸甲酚二苯酯(CDP)的抑制机理,当没有燃烧反应时,CDP分解为磷酸,并促进溶剂EC和DEC碳化反应,形成半焦,从而隔绝热和氧气,限制产物离开反应区,从而抑制电解液的吸热反应。热稳定性测试证明通过加入CDP可以减少气体产生。


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