Electrochemical performance evaluations and safety investigations of pentafluoro(phenoxy)cyclotriphosphazene as a flame retardant electrolyte additive for application in lithium ion battery systems using a newly designed apparatus for improved self-extinguishing time measurements

电解质 材料科学 电化学 化学 可燃性 磷酸三甲酯 热分解 化学工程 阻燃剂 锂离子电池 电池(电) 无机化学 电极 有机化学 磷酸盐 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Tim Dagger,Constantin Lürenbaum,Falko M. Schappacher,Martin Winter
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:342: 266-272 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.12.007
摘要

A modified self-extinguishing time (SET) device which enhances the reproducibility of the results is presented. Pentafluoro(phenoxy)cyclotriphosphazene (FPPN) is investigated as flame retardant electrolyte additive for lithium ion batteries (LIBs) in terms of thermal stability and electrochemical performance. SET measurements and adiabatic reaction calorimetry are applied to determine the flammability and the reactivity of a standard LIB electrolyte containing 5% FPPN. The results reveal that the additive-containing electrolyte is nonflammable for 10 s whereas the commercially available reference electrolyte inflames instantaneously after 1 s of ignition. The onset temperature of the safety enhanced electrolyte is delayed by ≈ 21 °C. Compatibility tests in half cells show that the electrolyte is reductively stable while the cyclic voltammogram indicates oxidative decomposition during the first cycle. Cycling experiments in full cells show improved cycling performance and rate capability, which can be attributed to cathode passivation during the first cycle. Post-mortem analysis of the electrolyte by gas chromatography-mass spectrometry confirms the presence of the additive in high amounts after 501 cycles which ensures enhanced safety of the electrolyte. The investigations present FPPN as stable electrolyte additive that improves the intrinsic safety of the electrolyte and its cycling performance at the same time.
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