Flamskyddsanalys och rekommendationer för beläggningar för batteriseparatorer

Flamskyddsanalys och rekommendationer för beläggningar för batteriseparatorer

Kunden tillverkar batteriseparatorer, och separatorns yta kan beläggas med ett lager, vanligtvis aluminiumoxid (Al₂O₃) med en liten mängd bindemedel. De söker nu alternativa flamskyddsmedel för att ersätta aluminiumoxid, med följande krav:

• Effektiv flamskyddsförmåga vid 140°C(t.ex. sönderdelning för att frigöra inerta gaser).
• Elektrokemisk stabilitetoch kompatibilitet med batterikomponenter.

Rekommenderade flamskyddsmedel och analys

1. Synergistiska flamskyddsmedel med fosfor och kväve (t.ex. modifierad ammoniumpolyfosfat (APP) + melamin)

Mekanism:

• Syrakällan (APP) och gaskällan (melamin) samverkar för att frigöra NH₃ och N₂, vilket späder ut syre och bildar ett förkolningslager som blockerar lågor.
  Fördelar:
• Fosfor-kvävesynergi kan sänka nedbrytningstemperaturen (justerbar till ~140 °C via nanostorlek eller formulering).
• N₂ är en inert gas; NH₃:s inverkan på elektrolyten (LiPF₆) behöver utvärderas.
  Överväganden:
• Verifiera APP-stabilitet i elektrolyter (undvik hydrolys till fosforsyra och NH₃). Kiseldioxidbeläggning kan förbättra stabiliteten.
• Elektrokemisk kompatibilitetstestning (t.ex. cyklisk voltammetri) krävs.

2. Kvävebaserade flamskyddsmedel (t.ex. azoföreningssystem)

Kandidat:Azodikarbonamid (ADCA) med aktivatorer (t.ex. ZnO).
Mekanism:

• Sönderdelningstemperaturen är justerbar till 140–150 °C, vilket frigör N₂ och CO₂.
  Fördelar:
• N₂ är en idealisk inert gas, ofarlig för batterier.
  Överväganden:
• Kontrollbiprodukter (t.ex. CO, NH₃).
• Mikroinkapsling kan exakt justera nedbrytningstemperaturen.

3. Termiska reaktionssystem med karbonat/syra (t.ex. mikroinkapslad NaHCO₃ + syrakälla)

Mekanism:

• Mikrokapslar spricker vid 140 °C, vilket utlöser en reaktion mellan NaHCO₃ och organisk syra (t.ex. citronsyra) för att frigöra CO₂.
  Fördelar:
• CO₂ är inert och säkert; reaktionstemperaturen är kontrollerbar.
  Överväganden:
• Natriumjoner kan störa Li⁺-transporten; överväg litiumsalter (t.ex. LiHCO₃) eller immobilisering av Na⁺ i beläggningen.
• Optimera inkapslingen för stabilitet vid rumstemperatur.

Andra potentiella alternativ

• Metallorganiska ramverk (MOF):t.ex. ZIF-8 sönderfaller vid höga temperaturer och frigör gas; sålla efter MOF med matchande sönderdelningstemperaturer.
• Zirkoniumfosfat (ZrP):Bildar ett barriärskikt vid termisk nedbrytning, men kan kräva nanostorlek för att sänka nedbrytningstemperaturen.

Experimentella rekommendationer

1. Termogravimetrisk analys (TGA):Bestäm sönderdelningstemperatur och gasfrisättningsegenskaper.
2. Elektrokemisk testning:Bedöm effekten på jonledningsförmåga, gränssnittsimpedans och cyklingsprestanda.
3. Flamskyddstestning:t.ex. vertikalt bränntest, mätning av termisk krympning (vid 140 °C).

Slutsats

Demodifierad synergistisk fosfor-kväve flamskyddsmedel (t.ex. belagd APP + melamin)rekommenderas först på grund av dess balanserade flamskyddsförmåga och justerbara nedbrytningstemperatur. Om NH₃ måste undvikas,azoföreningssystemellermikroinkapslade CO₂-frisättningssystemär gångbara alternativ. En stegvis experimentell validering rekommenderas för att säkerställa elektrokemisk stabilitet och processgenomförbarhet.

Let me know if you’d like any refinements! Contact by email: lucy@taifeng-fr.com