近年来，锂离子电池因其能量密度高、工作电压高以及循环寿命长等优点而广泛应用于电动汽车等领域。然而电动汽车的起火、爆炸事故引起人们对锂离子电池安全性的担忧，这主要是由于锂离子电池在碰撞挤压、过快充放电、高温等危险状态下导致热失控，引发电池起火甚至爆炸[1]。
1 锂离子电池安全材料概述
为了提升锂离子电池的安全性，主要采用了包括外部和内部保护设计等策略来预防锂离子电池的安全隐患[2]。外部保护设计只能在一定程度上提高安全性，而内部保护的策略主要有在电解液中加入热稳定材料、提高隔膜热稳定性等，目前所采用的方法多是在电解液中直接添加阻燃剂。但是阻燃剂剂的直接使用，会导致电解液的粘性增加，对电池的倍率性和低温性能造成影响，且不能完全避免电池的热失控发生，需要进行更深入地研究来开发出更高效的阻燃添加剂。经过多年的研究与探索，人们发现微胶囊技术是一种行之有效的方法。
2 微胶囊阻燃剂
微胶囊技术在20世纪50年代由美国NCR公司的Green和Schleicher开发[3]，微胶囊的最大优点在于囊壳可以起屏蔽作用，使得芯材料的性质不受外界环境和介质的影响，并且可根据需要控制释放。目前用于阻燃剂微胶囊化的囊壳材料绝大部分都是合成高分子材料，近年来研究人员也开始利用无机溶胶包覆阻燃剂。而微胶囊阻燃剂的制备方法主要有界面聚合法、原位聚合法、溶胶-凝胶法等[4]。
赵孝连等人[5]将安全微胶囊改性材料应用于锂离子二次电池正极材料中对锂离子二次电池提供双重保护，第1重保护是微胶囊壳材聚合物在温度升高时熔化铺展于极片正极活性材料的表面，增加了极片的电阻，削弱了锂离子二次电池的放电速率；第2重保护是微胶囊保护材料中的还原性物质或者是阻燃性物质释放后会捕获或者抑制锂离子二次电池失效过程中释放的氧及其他高活性物，从而抑制了锂离子二次电池池的失效危险状态。
涂健等人将[6]阻燃剂作为囊芯部分包裹于囊壳部分中形成微胶囊，并将其固定在隔离膜表面，一方面，阻燃剂不是分散在电解液中，不会影响电解液的粘度，因此其使用量可以大幅度增加，从而使得阻燃效果更加明显，并保证了电池的倍率及低温等性能；另一方面，所以当微胶囊固定在隔离膜上时，微胶囊不会因受到挤压作用而破裂，造成阻燃剂的损失；另外，将阻燃剂固定在隔离膜上，相对于固定在电池极片上而言，在发生热失控的情况下，其能够更迅速地对电池做出保护反应，电池安全性增强效果更加显著。
李景夫等人[7]提供了一种微胶囊，其囊芯部分选自有机阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或两种，囊壳部分的外表面具有绒毛结构，囊壳部分为高分子材料。上述微胶囊应用于正极极片上，在电芯内部温度达到120℃以上时，低熔点的囊壳熔化并释放阻燃剂，从而可阻止电池发生热失控，囊壳表面具有绒毛结构，可提高微胶囊与集流体、陶瓷粉等的粘结力，从而可提高在其安全涂料中的比重，增加阻燃剂含量，由此提高电池安全性能，且不影响电池的电化学性能。
Chi-An Chen等[8]研究并比较了三种阻燃剂—无机基ATH和AlOOH和有机基TPP，以及它们的微胶囊形式分别为—en-ATH、en-AlOOH和en-TPP—基于它们在锂离子电池中的阻燃性进行了研究和比较。探讨了阻燃剂添加到正极材料中对正极材料分散和电池电化学性能的影响。当三种阻燃剂被微胶囊化时，它们的添加导致阴极浆料的分散性得到改善。在电化学测量中，具有微囊化阻燃剂的正极比具有原样阻燃剂的正极表现出更低的阻抗和更高的容量。这可归因于正极材料更好的分散性，因此当使用微囊化阻燃剂时，活性粉末和导电剂之间的接触更好。
南京工业大学的江佳佳等[9]提供双层微胶囊阻燃剂，其选取膨胀阻燃剂聚磷酸铵作为囊心；通过沉淀法在囊心表面包覆无机阻燃剂氢氧化铝作为第一层囊壁；通过原位聚合法在第一层囊壁外层表面包覆聚合高分子材料聚脲甲醛作为第二层囊壁。该双层微胶囊阻燃剂能够达到囊心和第一层囊壁协同阻燃的效果，比单一阻燃剂的阻燃效果更好；能够提高使用时阻燃剂的分散性，进而降低电池阻抗，使得电池容量增加，降低了阻燃剂对电池电化学性能的负面影响。
展望
随着对锂离子电池阻燃领域的日益重视，对微胶囊阻燃剂的研究也得到了较快的发展。目前在如何进一步降低制备成本、提高包覆率等方面还需要深入研究。另外为了提高阻燃效果，在囊壳、囊芯材料的选择和开发、制备方法和工艺的探索等方面，也仍然需要做大量的研究工作。
[1]杜光超,郑莉莉,张志超,冯燕,王栋,戴作强.锂离子电池热安全性研究进展[J].储能科学与技术,2019,8(03):500-505.
[2]王特,蒋立,田晓录,方彬任,屈龙,李明涛.锂离子电池安全材料的研究进展[J].化工进展,2021,40(06):3132-3142.
[3]Green B K，Schleicher L S. Oil-containing microscopic capsules and method of making them：US2800458 [P]. 1957-07-23.
[4]石磊,包宗宏.阻燃剂微胶囊化的研究进展[J].化工进展,2008,202(07):1001-1006.
[5]赵孝连,向黔新,梅铭,黄昕. 电池用微胶囊和正极材料及其制法和应用.[P] CN104466186B,2017-02-22.
[6]涂健,刘凯. 一种增强锂离子电池安全性的方法.[P]CN105742733A,2016-07-06.
[7]李景夫,林珍艳,易四勇,林洋. 一种微胶囊、其制备方法与一种锂离子电池.[P]CN109461938B,2022-02-18.
[8]Chi-AnChen, Chia-ChenLi, Microencapsulating inorganic and organic flame retardants for the safety improvement of lithium-ion batteries. Solid State Ionics, 323: 56-63.
[9]江佳佳,马腾昆,蒋军成,潘勇,周汝. 一种双层微胶囊阻燃剂及其制备方法.[P]CN112495318A,2021-03-16.
