电池隔膜涂层的阻燃性分析及建议

电池隔膜涂层的阻燃性分析及建议

该客户生产电池隔膜，隔膜表面通常涂覆一层氧化铝（Al₂O₃）和少量粘合剂。他们现在寻求替代氧化铝的阻燃剂，并有以下要求：

• 在 140°C 下具有有效的阻燃性能（例如，分解释放惰性气体）。
• 电化学稳定性以及与电池组件的兼容性。

推荐的阻燃剂及分析

1. 磷氮协同阻燃剂（例如，改性聚磷酸铵（APP）+三聚氰胺）

机制：

• 酸源（APP）和气源（三聚氰胺）协同作用释放 NH₃ 和 N₂，稀释氧气并形成炭层以阻挡火焰。
  优势：
• 磷氮协同作用可降低分解温度（可通过纳米化或配方调整至~140°C）。
• N₂ 是一种惰性气体；NH₃ 对电解质 (LiPF₆) 的影响需要评估。
  注意事项：
• 验证APP在电解液中的稳定性（避免水解成磷酸和氨）。二氧化硅包覆可能有助于提高稳定性。
• 需要进行电化学兼容性测试（例如循环伏安法）。

2. 氮基阻燃剂（例如，偶氮化合物体系）

候选人：偶氮二甲酰胺（ADCA）与活化剂（例如，ZnO）。
机制：

• 分解温度可调至 140–150°C，释放 N₂ 和 CO₂。
  优势：
• N₂是一种理想惰性气体，对电池无害。
  注意事项：
• 控制副产物（例如，CO、NH₃）。
• 微胶囊化可以精确调节分解温度。

3. 碳酸盐/酸热反应体系（例如，微胶囊化碳酸氢钠 + 酸源）

机制：

• 微胶囊在 140°C 时破裂，引发 NaHCO₃ 与有机酸（例如柠檬酸）之间的反应，释放 CO₂​​。
  优势：
• 二氧化碳性质稳定且安全；反应温度可控。
  注意事项：
• 钠离子可能会干扰 Li⁺ 的传输；考虑使用锂盐（例如 LiHCO₃）或将 Na⁺ 固定在涂层中。
• 优化封装以提高室温稳定性。

其他潜在选项

• 金属有机框架（MOFs）：例如，ZIF-8 在高温下分解释放气体；筛选具有匹配分解温度的 MOF。
• 磷酸锆（ZrP）：热分解时会形成阻隔层，但可能需要纳米化处理以降低分解温度。

实验建议

1. 热重分析（TGA）：确定分解温度和气体释放特性。
2. 电化学测试：评估对离子电导率、界面阻抗和循环性能的影响。
3. 阻燃性测试：例如，垂直燃烧试验、热收缩测量（在 140°C 下）。

结论

这改性磷氮协同阻燃剂（例如，涂覆APP+三聚氰胺）由于其阻燃性能均衡且分解温度可调，因此建议优先使用。如果必须避免使用NH₃，偶氮化合物体系或者微胶囊化二氧化碳释放系统这些都是可行的替代方案。建议分阶段进行实验验证，以确保电化学稳定性和工艺​​可行性。

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