电解液阻燃添加剂研究进展.pdf

07008
料
2015年第7期(46)卷
文章编号:1001-9731(2015)07-07008-06
电解液阻燃添加剂硏究进展
刘凡,朱奇珍,陈楠,刘曙光2,金翼2,官亦标2,陈人杰,吴锋1
(1.北京理工大学化工与环境学院,北京100081;2.中国电力科学研究院电工与新材料研究所,北京100192
摘要:全面综述了锂离子电池电解液阻燃添加剂优点,已成为目前最有前途和竞争力的高科技产品之
的研究进展,并归纳阐述了阻燃添加剂的工作原理。
。目前,锂离子电池已广泛应用于便携式传统电子
将阻燃添加剂分为有机磷系阻燃添加剂、含氩化合物设备、电动工具等领域,在新能源汽车、储能电站等方
阻燃添加剂、鹵代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加面的应用也在世界各国蓬勃发展。应用领域的迅速拓
剂、复合阻燃添加剂以及阻燃与成膜双功能添加剂。展对锂离子电池的性能提出更高的要求,针对不同的
并论述了不同阻燃添加剂的阻燃效果、安全作用机制应用需求,锂离子电池而临着更高的能量密度、更低的
以及对电池性能的影响,展望了电解液阻燃添加剂在成本、更好的安全可靠性等挑战。尤其是电动汽车和
锂离子电池中应用的前景,提出复合阻燃添加剂、双功能源存储用锂离子电池,其容量需求远远大于便携式
能添加剂将会成为今后的发展趋势
电子设备,使用条件也更为复杂,因此其安全性能更为
关键词:安全性;电解液;阻燃剂
关键,甚至已经成为目前阻得大规模应用的技术瓶颈。
中图分类号:O6416.6;TM912.9
文献标识码:A
针对锂离子电池的安全性问题,国内外有关组织
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.07.002
相继制定了测试标准,包括 Underwriters Laboratories
1引言
(UL), United Nations(UN). International Electro-
technical Commission (EC), Japan Battery Associa
伴随着工业和经济的快速发展带来的一次能源匮tion(JBA)以及中国国家标准(GB)等。模拟实际使
乏和环境污染问题,开发利用新的绿色可再生能源成用时可能发生的滥用情况进行安全监测。目前普遍使
为化学电源领域的发展方向。锂离子电池具有高电用的安全检测项日包括3个方面:热滥用、机械滥用和
压、高能量密度、循环寿命长、记忆效应小、绿色环保等电滥用,其子项目如表1所示
表1主要安全测试项目
able 1 Main safety test items
Group
Main test items
Electri
Overcharge, overdischarge, external short-circuit, forced discharge, etc
Thermal
Drop, impact, nail penetration, shock, crush, vibration, acceleration. ete.
Mechanical
Ilame, sand bath, hot box. thermal shock, etc
电解液作为锂离子电池的重要组成部分,是造成站和新能源汽车的电解质阻燃添加剂这方而以及相关
电池安全问题的重要原因之一。现在普遍采用的锂离技术的最新进展,探讨提高锂离子电池安全性的方向
子电池电解液的主要组成部分是烷基碳酸酯,具有热和途径。
稳定性低、易燃易爆、使用温度范围窄等缺陷。在非常
规环境中,很容易造成锂离子电池的热失控,引起冒烟2电解液阻燃添加剂硏究进展
起火甚至爆炸等危害人身和财产安全的不良后某。
锂离子电池传统电解质具有较高的蒸汽压和较低
使用添加剂改善锂离子电池电解质的性能是最经的闪点。电池在过充、高温、针刺或挤压等濫用的情况
济有效的方法之一。添加剂具有用量少(通常少于下,处于充电状态的正极材料具有强氧化性,稳定性
5%)、效果显著的特点,可以改善甚至提高常规电解液差,容易释放出氧气的,氧气与碳酸酯反应放出大量的
的功能。阻燃添加剂可以降低有机电解质的可燃性,热和气体,使电池的温度升高,引起更多的反应发生
使其难燃甚至不可燃,同时提高其热稳定性,是一种简导致电池系统的破坏;同时处于充电状态的负极材料
单实用的安全保护方法
具有强还原性,与氧气接触会发生强烈氧化还原反应
在锂离子电池安全性电解液添加剂研究方面已有这些反应产生的大量热量如不能及时散失到周围环境
些综述和总结,本文将进一步总结适用于储能电中,必将导致热失控的产生,最终导致电池的燃烧甚至
基金项目:国家自然科学基金资助项日(21373028);国家电网公同科技资助项日(D(G71-12-015)
收到初稿日期:2014-06-09
收到修改稿日期:2014-11-26
通讯作者:陈人杰, E-mail: henrie(cbit.edu.cr
作者简介:刘凡(1991-),男,湖南邵阳人,在读硕士,师承陈人杰教授,从事电池电解液研究。