Ethoxy (pentafluoro) cyclotriphosphazene (PFPN) as a multi-functional flame retardant electrolyte additive for lithium-ion batteries

电解质 电化学 阻燃剂 阴极 锂(药物) 易燃液体 极化(电化学) 化学工程 电极 化学 材料科学 复合材料 有机化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Xi Li,Weikang Li,Lai Chen,Yun Lu,Yuefeng Su,Liying Bao,Jing Wang,Renjie Chen,Shi Chen,Feng Wu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:378: 707-716 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2017.12.085
摘要

With the wide application of lithium-ion batteries (LiBs), safety performance is an important constraint on the commercialization of large-scale, high-capacity LIBs. The main reason for the safety problem is that the electrolyte of LiBs is highly flammable, especially under high temperature and high voltage. It is an effective method to improve the safety of cells by mixing flame retardant with conventional electrolyte comprising of LiPF6 and carbonates. Herein, ethoxy (pentafluoro) cyclotriphosphazene (PFPN) is studied as a high efficiency flame retardant. Adding 5 vol% of PFPN results in a non-flammable electrolyte with self-extinguishing time (SET) of 12.38 s g−1 and critical oxygen index (COI) of 22.9, without compromising the capacity of cathode material. The initial discharge capacity of the LiCoO2 electrode with 5% PFPN is 150.7 mAh g−1, with a capacity retention of 99.14% after 30 cycles at 0.1 C. The results show that 5 vol% is the best adding amount of PFPN for electrolyte, which can modify the solid electrolyte interface (SEI). Moreover, PFPN reduces charge transfer resistance of the cells, resulting decreased electrode polarization and enhanced electrochemistry performances at low temperature. These results have confirmed that PFPN has the potential to be a multi-function additive for commercial LIBs production.
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