阻燃添加剂及阻燃机理

锂离子二次电池在过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下放出大量热．这些热量成为易燃电解液的安全隐患，可能造成灾难性热击穿(热逸溃)，甚至电池爆破。因此，安全性问题已经成为锂离子电池市场创新的重要前提，特别是在电动汽车等领域的应用村电池的安全性提出了更高、更新的要求。阻燃添加剂的加入可以使易燃有机电解液变成难燃或不可燃的电解液。降低电池放热值和电池自热率，增加电解液自身的热稳定性，从而避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。闲此，阻燃添加利的研制已经成为最近几年来锂离子电池添加剂研究的重要方向。
锂离子电池电解液在受热的情况下，容易发生反应，氧气可能是阴极材料或电解液组分的热分解生成，中的氢气可能是由电解液组分和痕量水的还原分解生成。针对上述电解液受热条件下的燃烧和爆炸的化学本质，选择阻燃添加剂的出发点是如何干扰氢氧自由基的链式反应，有关这方面的研究源于高分子聚合物的阻燃剂，由于被阻燃物质的状态不同，其阻燃机制与高分子材料的阻燃机制也有所不同。目前，为人们认可的锂离子电池电解液阻燃添加剂的作用机理是自由基捕获机制。
自由基捕获机制的基本思想是：阻燃添加剂受热时释放出具有阻燃性能的自由基，该自由基可以捕获气相中的氢自由基或氢氧自由基，从而阻止氢氧自由基的链式反应，使有机电解液的燃烧无法进行或难以进行。下面以磷酸三甲酯(TMP)L7叫为例，阐述阻燃添加剂的作用机理。TMP在受热的条件下首先气化：TMP液一TMP气(4—8)气态TMP分子受热分解释放出含磷自由基：TMP气一[P]·(4—9)生成的自由基有捕获体系中氢自由基的能力：l-P3·+H．——,PH(4—10)从而降低体系中氢自由基的含量，有效地阻止碳氢化合物的燃烧或爆炸。因此，阻燃添加剂的沸点(丁；)和阻燃元素的含量(CP)是衡量阻燃剂阻燃性能的重要指标。这是因为阻燃添加剂的沸点越低，受热条件下越易于气化，气相中阻燃添加剂的含量相应越高；添加剂中阻燃元素的含量越高，分解出的阻燃自由基数目越多，越有利于捕获气相中的氢或氢氧自由基，阻燃剂的阻燃效果也就越好。