锂电池阻燃剂作用机理

锂离子电池常用的阻燃添加剂可以通过物理作用或者化学作用来干扰聚合物材料燃烧所涉及的各种过程，其作用于聚合物材料的阻燃机理主要分为气相阻燃机理和凝聚相阻燃机理两类。

1.凝聚相阻燃机理

火焰区以外的区域常被称为凝聚相。由于聚合物与火焰之间的界面是燃烧的关键因素，因此在凝聚相阻燃机理中.
高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相，隔绝空气、阻止热传递、降低可燃性气体释放量，从而达到阻燃目的。

a.玻璃状保护膜

阻燃剂在燃烧温度下分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜，覆盖在材料的表面上，隔离空气（或氧），从而达到阻燃的目的。硼系和磷系阻燃剂具有类似机理。

b.隔热焦炭层

阻燃剂在燃烧温度下使材料表面脱水炭化，形成一层多孔性隔热焦炭层，从而阻止热的传导而起到阻燃作用。如磷系和膨胀型阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是此机理。

c.熔滴效应(边缘阻隔效应)

是指阻燃剂在材料边缘优先形成保护层，阻止火焰向内部蔓延，使材料熔融并形成熔滴脱落而离开火焰作用区，中断燃烧过程。

2.气相阻燃机理

火焰区常被称为气相区,气相区涉及氧气与挥发性热解产物在高温条件下的化学反应。为此，减少反应物量和降低周围温度是破坏气相反应的最有效方法

a.稀释与覆盖

部分阻燃剂热分解会产生大量不可燃惰性气体如：CO2、N2等，可以稀释可燃性气体和冲淡燃烧区氧的浓度，阻止燃烧发生，同时形成气膜覆盖材料表面隔绝氧气。这类阻燃剂的代表为含卤阻燃剂和含氮阻燃剂。有机卤素化合物受热后释放出HX。HX是难燃气体，不仅稀释空气中的氧，而且其相对密度比空气大，可替代空气形成保护层，使材料的燃烧速度减缓或熄灭。

b.自由基捕获机理

锂电池燃烧时会产生H自由基、OH自由基、R自由基等活性自由基，阻燃剂受热分解产生特定自由基能设法捕获与燃烧产生的自由基反应，切断燃烧链式反应，降低燃烧速度，即可控制燃烧，进而达到阻燃目的。卤素、磷系和硅系阻燃剂的阻燃机理就属此类。

c.冷却机理

阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应，降低聚合物表面和燃烧区域的温度，防止热降解，进而减少了可燃性气体的挥发量，最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件，达到阻燃目的。氢氧化铝、氢氧化镁颇具代表性。产生的水被汽化，需要吸收大量的热量，从而降低聚合物温度，减缓和阻止燃烧。还可降低可燃性气体的浓度

3.协同作用机理

阻燃剂的复配是利用阻燃剂之间的相互作用，从而提高阻燃效能，称为协同作用体系。大部分的阻燃剂都是协同机理并非只有一种作用机制。

小结：

锂离子电池中阻燃剂的使用主要是为了提高阻燃性能，不同类型阻燃剂的协同效应已经成为研究热点。因此，还需重点关注各组分的相容性和分散性问题，以保持或改善原有聚合物材料的热稳定性、耐久性、隔热性能和机械性能等其他方面。