新型含磷鋰離子電池阻燃添加劑的設計、合成與套用

《新型含磷鋰離子電池阻燃添加劑的設計、合成與套用》是依託廈門大學，由唐果擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型含磷鋰離子電池阻燃添加劑的設計、合成與套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐果
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

具有自主智慧財產權的鋰離子電池阻燃劑少有報導，研究新型有機磷鋰離子電池阻燃劑是一項具有重要科學意義及套用前景的課題。本項目以含不飽和鍵的磷酸酯為研究基礎，合成一系列具有新穎結構的有機磷化合物並探索它們的阻燃功能及電化學性能。研究內容包括製備炔基磷酸酯、烯基磷酸酯、環狀磷酸酯、高含磷化合物；建立能夠合成這些人工設計分子的有效經濟途徑；探索有機磷化合物的結構和阻燃性能的關係；運用多種技術對特種有機磷分子進行綜合評價，通過波譜來建立一個快速的含磷鋰離子電池阻燃劑的篩選方法；通過分析實驗及理論數據，總結分析這些磷化合物的阻燃及電化學規律，為最終建立以含不飽和鍵的磷酸酯和高含磷化合物為結構單元的鋰離子電池阻燃劑提供理論和實驗基礎。

結題摘要

鋰離子電池的安全問題始終是限制其在電動車及大型儲能設備中套用的重大阻礙。由於目前商業化的電解液主要採用高度可燃的有機碳酸酯作為溶劑，阻燃添加劑是目前提高電解液安全性能最為經濟有效的方法。本項目中，我們設計併合成了包括高含磷化合物、烷基膦酸酯、芳基膦酸酯、炔基膦酸酯、烯基膦酸酯、環狀膦酸酯、雜環膦酸酯、羰基膦酸酯、含氟膦酸酯、含氮膦酸酯等相關化合物，探索這些新型膦酸酯的簡潔合成路線，然後進行電解液的穩定性和溶解性實驗，初步篩選化合物，通過燃性能和電化學性能測試，從中篩選出具有潛力的電解液添加劑。在此項研究中，我們發現磷、氮、雙鍵協同的化合物具有較好的阻燃效果，其中不飽和雙鍵的位置對於添加劑的性能有重要影響。最後我們對丙烯基膦酸二甲酯（DMAP）和丙烯基膦酸二乙酯（DEAP）的性能做了具體研究，得出電解液含有5% 的添加劑時具有良好的阻燃性能、電導率性能，以及與Li/FePO4的兼容性能。含有雙鍵的新型磷醯胺雙功能添加劑，N,N-二烯丙基-二乙氧基磷醯胺醯胺（DADEPA），該添加劑能夠明顯改善電解液的阻燃性能、電導率性能、熱性能，並且適量DADEPA的存在能夠提高Li/LiFePO4電池在大倍率條件下的電池容量，在Li/石墨電池中也表現出了優異的性能。