Analyse et recommandations relatives aux revêtements ignifuges pour séparateurs de batteries

Analyse et recommandations relatives aux revêtements ignifuges pour séparateurs de batteries

Le client fabrique des séparateurs de batteries, dont la surface peut être revêtue d'une couche, généralement d'alumine (Al₂O₃) avec une petite quantité de liant. Il recherche désormais des retardateurs de flamme alternatifs à l'alumine, répondant aux exigences suivantes :

• Ignifugation efficace à 140 °C(par exemple, se décomposer pour libérer des gaz inertes).
• stabilité électrochimiqueet la compatibilité avec les composants de la batterie.

Ignifugeants recommandés et analyse

1. Retardateurs de flamme synergiques phosphore-azote (par exemple, polyphosphate d'ammonium modifié (APP) + mélamine)

Mécanisme:

• La source d'acide (APP) et la source de gaz (mélamine) agissent en synergie pour libérer du NH₃ et du N₂, diluant l'oxygène et formant une couche de charbon pour bloquer les flammes.
  Avantages :
• La synergie phosphore-azote peut abaisser la température de décomposition (ajustable à environ 140 °C par nano-dimensionnement ou formulation).
• N₂ est un gaz inerte ; l'impact de NH₃ sur l'électrolyte (LiPF₆) doit être évalué.
  Considérations :
• Vérifier la stabilité de l'APP dans les électrolytes (éviter l'hydrolyse en acide phosphorique et en NH₃). Un revêtement de silice peut améliorer sa stabilité.
• Des tests de compatibilité électrochimique (par exemple, la voltampérométrie cyclique) sont nécessaires.

2. Ignifugeants à base d'azote (par exemple, systèmes de composés azoïques)

Candidat:Azodicarbonamide (ADCA) avec activateurs (par exemple, ZnO).
Mécanisme:

• Température de décomposition réglable à 140–150°C, libérant du N₂ et du CO₂.
  Avantages :
• N₂ est un gaz inerte idéal, inoffensif pour les batteries.
  Considérations :
• Contrôler les sous-produits (par exemple, CO, NH₃).
• La microencapsulation permet de régler précisément la température de décomposition.

3. Systèmes de réaction thermique carbonate/acide (par exemple, NaHCO₃ microencapsulé + source d'acide)

Mécanisme:

• Les microcapsules se rompent à 140°C, déclenchant une réaction entre NaHCO₃ et un acide organique (par exemple, l'acide citrique) pour libérer du CO₂.
  Avantages :
• Le CO₂ est inerte et sûr ; la température de réaction est contrôlable.
  Considérations :
• Les ions sodium peuvent interférer avec le transport de Li⁺ ; envisagez l'utilisation de sels de lithium (par exemple, LiHCO₃) ou l'immobilisation de Na⁺ dans le revêtement.
• Optimiser l'encapsulation pour une stabilité à température ambiante.

Autres options possibles

• Réseaux métallo-organiques (MOF) :Par exemple, le ZIF-8 se décompose à haute température pour libérer du gaz ; rechercher des MOF avec des températures de décomposition correspondantes.
• Phosphate de zirconium (ZrP) :Elle forme une couche barrière lors de sa décomposition thermique, mais peut nécessiter un dimensionnement nanométrique pour abaisser la température de décomposition.

Recommandations expérimentales

1. Analyse thermogravimétrique (ATG) :Déterminer la température de décomposition et les propriétés de dégagement gazeux.
2. Tests électrochimiques :Évaluer l'impact sur la conductivité ionique, l'impédance interfaciale et les performances de cyclage.
3. Tests de résistance au feu :par exemple, test de combustion verticale, mesure du retrait thermique (à 140 °C).

Conclusion

Leretardateur de flamme synergique phosphore-azote modifié (par exemple, APP enrobé + mélamine)est recommandé en premier lieu en raison de son ignifugeage équilibré et de sa température de décomposition ajustable. Si l'utilisation de NH₃ est absolument nécessaire,systèmes de composés azoïquesousystèmes de libération de CO₂ microencapsulésIl existe des alternatives viables. Une validation expérimentale par étapes est recommandée afin de garantir la stabilité électrochimique et la faisabilité du procédé.

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