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电池隔膜用什么阻燃剂?
发布时间:2025-06-11   浏览次数:71

在追求高能量密度锂电池的同时,安全性始终是重中之重。电池隔膜作为电池内部关键的内层组件,其阻燃性能的提升是防止热失控蔓延的关键防线之一。阻燃剂在隔膜中的应用,核心目标就是在极端条件下(如高温、短路)抑制或延缓隔膜的燃烧,为安全系统响应争取宝贵时间。
目前,行业应用阻燃剂最主流且成熟的方式是表面涂层技术。这种方法是在已经制备好的聚烯烃基膜(如PE或PP)表面,涂覆一层含有阻燃剂的特殊涂层。涂层通常由阻燃剂颗粒均匀分散在粘结剂(如PVDF、丙烯酸酯等)溶液中形成浆料,再通过精密涂布工艺附着在基膜上。这样做的好处是工艺相对成熟,对基膜本身的力学和电化学性能影响较小,同时阻燃效果显著且易于调控涂层厚度和阻燃剂含量来实现。
阻燃剂的选择是关键。无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁,特别是性能优异的勃姆石(水合氧化铝),因其出色的热稳定性、分解吸热、释放阻燃性水蒸气以及形成隔热陶瓷层的能力,在高端电池中应用广泛。它们通常环保无卤。有机阻燃剂,尤其是磷系化合物(磷酸酯、次膦酸盐等)和氮系化合物(如三聚氰胺衍生物),主要通过中断燃烧链式反应或促进形成膨胀炭层来阻燃。但部分有机阻燃剂可能对电池的电化学性能产生潜在影响,需要谨慎筛选和评估。
另一种方式是本体改性,即在制造隔膜基材的过程中,将阻燃剂直接混入聚合物熔体或溶液中共挤出或纺丝。这种方法旨在赋予隔膜本征阻燃性。然而,它面临巨大挑战:大量添加阻燃剂(尤其是无机颗粒)会严重劣化隔膜的机械强度、柔韧性、孔隙结构和透气性,进而影响离子传导和电解液浸润,甚至可能引发副反应。高添加量才能有效阻燃与保持隔膜核心性能之间存在难以调和的矛盾,因此实际应用远不如涂层法普遍。
更精妙的应用在于阻燃剂的复配与协同。实践中,常将不同机理的阻燃剂组合使用以发挥“1+1>2”的效果。例如,磷系和氮系阻燃剂能产生协同效应,高效促进膨胀炭层的形成;无机阻燃剂(提供冷却稀释)与有机阻燃剂(提供气相阻燃或成炭)也能协同增效。在涂层配方中,阻燃剂还常与提升耐热性的陶瓷颗粒(如氧化铝、二氧化硅)等功能性填料一同使用。
无论采用何种方式,阻燃剂的应用绝非简单添加。它必须严格平衡阻燃效率与隔膜的核心功能:包括在电池工作电压下的电化学稳定性(不与电解液、电极发生有害反应)、保持足够的离子电导率/孔隙率(不堵塞锂离子通道)、优异的热稳定性(在隔膜熔融前就发挥作用)、必要的机械强度(防止内部短路),以及良好的电解液相容性(确保浸润和稳定)。此外,工艺可行性和成本也是规模化生产必须考虑的因素。
总而言之,电池隔膜行业主要通过表面涂覆含阻燃剂的涂层来实现安全性的提升,无机阻燃剂(尤以勃姆石为代表)因其综合性能优势成为主流选择,有机阻燃剂则需审慎评估。本体改性虽具潜力但技术难度高。行业持续致力于开发高效、稳定、低影响且环保(尤其是无卤)的新型阻燃剂及其应用技术,在保障电池澎湃动力的同时,筑起更坚固的安全防火墙。

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