电解液阻燃添加剂研究进展

电解液阻燃添加剂研究进展∗

刘凡;朱奇珍;陈楠;刘曙光;金翼;官亦标;陈人杰;吴锋

【摘要】全面综述了锂离子电池电解液阻燃添加剂的研究进展，并归纳阐述了阻燃添加剂的工作原理。将阻燃添加剂分为有机磷系阻燃添加剂、含氮化合物阻燃添加剂、卤代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加剂、复合阻燃添加剂以及阻燃与成膜双功能添加剂。并论述了不同阻燃添加剂的阻燃效果、安全作用机制以及对电池性能的影响，展望了电解液阻燃添加剂在锂离子电池中应用的前景，提出复合阻燃添加剂、双功能添加剂将会成为今后的发展趋势。%The performance,operation mechanism and state-of-the-art of Li-ion battery electrolyte flame retard-ant additives are being summarized comprehensively in this

article,including organic phosphorus flame retard-ant additives,nitrogen compounds flame retardant additives,halogenated carbonates flame retardant additives, silicone compounds flame retardant additive and composite flame retardant additives.In addition,flame retard-ant additives and film-forming additives joint using,bifunctional additive are also reviewed in detail.And the effect and mechanism of different kinds of flame retardant additives have been discussed,as well as the influence on the battery.At last,correspondingly outlook of flame retardant additives have been summarized,and some meaningful development directions,such as exploration of bifunctional additive and composite flame retardant additives,are suggested for the next generation of Li-ion batteries electrolyte.

【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2015(000)007

【总页数】7页(P7008-7013,7018)

【关键词】安全性;电解液;阻燃剂

【作者】刘凡;朱奇珍;陈楠;刘曙光;金翼;官亦标;陈人杰;吴锋

【作者单位】北京理工大学化工与环境学院，北京 100081;北京理工大学化工与环境学院，北京 100081;北京理工大学化工与环境学院，北京 100081;中国电力科学研究院电工与新材料研究所，北京 100192;中国电力科学研究院电工与新材料研究所，北京 100192;中国电力科学研究院电工与新材料研究所，北京100192;北京理工大学化工与环境学院，北京 100081;北京理工大学化工与环境学院，北京 100081

【正文语种】中文

【中图分类】O646.6;TM912.9

1 引言

伴随着工业和经济的快速发展带来的一次能源匮乏和环境污染问题，开发利用新的绿色可再生能源成为化学电源领域的发展方向。锂离子电池具有高电压、高能量密度、循环寿命长、记忆效应小、绿色环保等优点，已成为目前最有前途和竞争力的高科技产品之一。目前，锂离子电池已广泛应用于便携式传统电子设备、电动工具等领域，在新能源汽车、储能电站等方面的应用也在世界各国蓬勃发展。应用领域的迅速拓展对锂离子电池的性能提出更高的要求，针对不同的应用需求，锂离子电

池面临着更高的能量密度、更低的成本、更好的安全可靠性等挑战。尤其是电动汽车和能源存储用锂离子电池，其容量需求远远大于便携式电子设备，使用条件也更为复杂，因此其安全性能更为关键，甚至已经成为目前阻碍大规模应用的技术瓶颈。针对锂离子电池的安全性问题，国内外有关组织相继制定了测试标准，包括Underwriters Laboratories（UL），United Nations（UN），International Electrotechnical Commission（IEC），Japan Battery Association（JBA）以

及中国国家标准（GB）等。模拟实际使用时可能发生的滥用情况进行安全监测。

目前普遍使用的安全检测项目包括3个方面：热滥用、机械滥用和电滥用，其子

项目如表1所示［1］。

表1 主要安全测试项目Table 1 Main safety test itemsGroup Main test items Electrical Overcharge，overdischarge，external short-circuit，forced discharge，etc.Thermal Drop，impact，nail penetration，shock，crush，vibration，acceleration，etc.Mechanical Flame，sand bath，hot box，thermal shock，etc.

电解液作为锂离子电池的重要组成部分，是造成电池安全问题的重要原因之一。现在普遍采用的锂离子电池电解液的主要组成部分是烷基碳酸酯，具有热稳定性低、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，引起冒烟起火甚至爆炸等危害人身和财产安全的不良后果。

使用添加剂改善锂离子电池电解质的性能是最经济有效的方法之一。添加剂具有用量少（通常少于5%）、效果显著的特点，可以改善甚至提高常规电解液的功能。阻燃添加剂可以降低有机电解质的可燃性，使其难燃甚至不可燃，同时提高其热稳定性，是一种简单实用的安全保护方法。

在锂离子电池安全性电解液添加剂研究方面已有一些综述和总结［2－5］，本文

将进一步总结适用于储能电站和新能源汽车的电解质阻燃添加剂这方面以及相关技