Análisis de retardantes de llama y recomendaciones para recubrimientos separadores de baterías

Análisis de retardantes de llama y recomendaciones para recubrimientos separadores de baterías

El cliente fabrica separadores de baterías, cuya superficie puede recubrirse con una capa, generalmente de alúmina (Al₂O₃) con una pequeña cantidad de aglutinante. Actualmente, buscan retardantes de llama alternativos para sustituir la alúmina, con los siguientes requisitos:

• Retardo de llama efectivo a 140 °C(por ejemplo, descomponiéndose para liberar gases inertes).
• Estabilidad electroquímicay compatibilidad con los componentes de la batería.

Retardantes de llama recomendados y análisis

1. Retardantes de llama sinérgicos de fósforo y nitrógeno (p. ej., polifosfato de amonio modificado (APP) + melamina)

Mecanismo:

• La fuente de ácido (APP) y la fuente de gas (melamina) se sinergizan para liberar NH₃ y N₂, diluyendo el oxígeno y formando una capa de carbón para bloquear las llamas.
  Ventajas:
• La sinergia fósforo-nitrógeno puede reducir la temperatura de descomposición (ajustable a ~140 °C mediante nanodimensionamiento o formulación).
• El N₂ es un gas inerte; es necesario evaluar el impacto del NH₃ en el electrolito (LiPF₆).
  Consideraciones:
• Verifique la estabilidad del APP en los electrolitos (evite la hidrólisis en ácido fosfórico y NH₃). El recubrimiento de sílice puede mejorar la estabilidad.
• Se requieren pruebas de compatibilidad electroquímica (por ejemplo, voltamperometría cíclica).

2. Retardantes de llama a base de nitrógeno (por ejemplo, sistemas de compuestos azoicos)

Candidato:Azodicarbonamida (ADCA) con activadores (por ejemplo, ZnO).
Mecanismo:

• Temperatura de descomposición ajustable a 140–150°C, liberando N₂ y CO₂.
  Ventajas:
• N₂ es un gas inerte ideal, inocuo para las baterías.
  Consideraciones:
• Controlar los subproductos (por ejemplo, CO, NH₃).
• La microencapsulación puede ajustar con precisión la temperatura de descomposición.

3. Sistemas de reacción térmica de carbonato/ácido (p. ej., NaHCO₃ microencapsulado + fuente de ácido)

Mecanismo:

• Las microcápsulas se rompen a 140 °C, lo que desencadena una reacción entre NaHCO₃ y ácido orgánico (por ejemplo, ácido cítrico) para liberar CO₂.
  Ventajas:
• El CO₂ es inerte y seguro; la temperatura de reacción es controlable.
  Consideraciones:
• Los iones de sodio pueden interferir con el transporte de Li⁺; considere sales de litio (por ejemplo, LiHCO₃) o inmovilizar Na⁺ en el recubrimiento.
• Optimice la encapsulación para lograr estabilidad a temperatura ambiente.

Otras opciones potenciales

• Estructuras metalorgánicas (MOF):Por ejemplo, ZIF-8 se descompone a altas temperaturas para liberar gas; busque MOF con temperaturas de descomposición coincidentes.
• Fosfato de circonio (ZrP):Forma una capa de barrera tras la descomposición térmica, pero puede requerir tamaño nanométrico para reducir la temperatura de descomposición.

Recomendaciones experimentales

1. Análisis termogravimétrico (TGA):Determinar la temperatura de descomposición y las propiedades de liberación de gases.
2. Pruebas electroquímicas:Evaluar el impacto en la conductividad iónica, la impedancia interfacial y el rendimiento del ciclismo.
3. Prueba de retardancia de llama:por ejemplo, prueba de combustión vertical, medición de contracción térmica (a 140°C).

Conclusión

ElRetardante de llama sinérgico de fósforo y nitrógeno modificado (por ejemplo, APP recubierto + melamina)Se recomienda en primer lugar debido a su retardancia de llama equilibrada y temperatura de descomposición ajustable. Si se debe evitar el NH₃,sistemas de compuestos azoicososistemas de liberación de CO₂ microencapsuladosSon alternativas viables. Se recomienda una validación experimental por fases para garantizar la estabilidad electroquímica y la viabilidad del proceso.

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