Analisi e raccomandazioni sui ritardanti di fiamma per i rivestimenti dei separatori delle batterie

Analisi e raccomandazioni sui ritardanti di fiamma per i rivestimenti dei separatori delle batterie

Il cliente produce separatori per batterie, la cui superficie può essere rivestita con uno strato, tipicamente di allumina (Al₂O₃) con una piccola quantità di legante. Ora è alla ricerca di ritardanti di fiamma alternativi per sostituire l'allumina, con i seguenti requisiti:

• Efficace resistenza alla fiamma a 140°C(ad esempio, decomponendosi rilasciando gas inerti).
• Stabilità elettrochimicae compatibilità con i componenti della batteria.

Ritardanti di fiamma consigliati e analisi

1. Ritardanti di fiamma sinergici fosforo-azoto (ad esempio, polifosfato di ammonio modificato (APP) + melammina)

Meccanismo:

• La fonte acida (APP) e la fonte gassosa (melammina) agiscono in sinergia per rilasciare NH₃ e N₂, diluendo l'ossigeno e formando uno strato di carbone che blocca le fiamme.
  Vantaggi:
• La sinergia fosforo-azoto può abbassare la temperatura di decomposizione (regolabile a ~140°C tramite nanodimensionamento o formulazione).
• L'N₂ è un gas inerte; è necessario valutare l'impatto dell'NH₃ sull'elettrolita (LiPF₆).
  Considerazioni:
• Verificare la stabilità dell'APP negli elettroliti (evitare l'idrolisi in acido fosforico e NH₃). Il rivestimento in silice può migliorare la stabilità.
• Sono richiesti test di compatibilità elettrochimica (ad esempio, voltammetria ciclica).

2. Ritardanti di fiamma a base di azoto (ad esempio, sistemi di composti azoici)

Candidato:Azodicarbonammide (ADCA) con attivatori (ad esempio, ZnO).
Meccanismo:

• Temperatura di decomposizione regolabile a 140–150°C, con rilascio di N₂ e CO₂.
  Vantaggi:
• N₂ è un gas inerte ideale, innocuo per le batterie.
  Considerazioni:
• Controllare i sottoprodotti (ad esempio, CO, NH₃).
• La microincapsulazione può regolare con precisione la temperatura di decomposizione.

3. Sistemi di reazione termica carbonato/acido (ad esempio, NaHCO₃ microincapsulato + fonte acida)

Meccanismo:

• Le microcapsule si rompono a 140°C, innescando una reazione tra NaHCO₃ e acido organico (ad esempio acido citrico) che rilascia CO₂.
  Vantaggi:
• La CO₂ è inerte e sicura; la temperatura di reazione è controllabile.
  Considerazioni:
• Gli ioni sodio possono interferire con il trasporto di Li⁺; prendere in considerazione i sali di litio (ad esempio, LiHCO₃) o l'immobilizzazione di Na⁺ nel rivestimento.
• Ottimizzare l'incapsulamento per la stabilità a temperatura ambiente.

Altre possibili opzioni

• Strutture metallo-organiche (MOF):ad esempio, ZIF-8 si decompone ad alte temperature rilasciando gas; selezionare MOF con temperature di decomposizione corrispondenti.
• Fosfato di zirconio (ZrP):Forma uno strato barriera durante la decomposizione termica, ma potrebbe essere necessario ridurne le dimensioni in nanoparticelle per abbassare la temperatura di decomposizione.

Raccomandazioni sperimentali

1. Analisi termogravimetrica (TGA):Determinare la temperatura di decomposizione e le proprietà di rilascio del gas.
2. Test elettrochimici:Valutare l'impatto sulla conduttività ionica, sull'impedenza interfacciale e sulle prestazioni del ciclo.
3. Test di resistenza al fuoco:ad esempio, prova di combustione verticale, misurazione del restringimento termico (a 140°C).

Conclusione

ILritardante di fiamma sinergico fosforo-azoto modificato (ad esempio, APP rivestito + melammina)è raccomandato per primo per la sua bilanciata capacità di ritardare la fiamma e la temperatura di decomposizione regolabile. Se si deve evitare l'NH₃,sistemi di composti azoiciOsistemi di rilascio di CO₂ microincapsulatisono valide alternative. Si consiglia una validazione sperimentale graduale per garantire la stabilità elettrochimica e la fattibilità del processo.

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