三氟乙基碳酸酯的合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今世界對(duì)電池的安全性能要求越來(lái)越高，尤其是人們對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)、混合電動(dòng)汽車(chē)以及大容量?jī)?chǔ)能電池的需求。電池的安全性能很難通過(guò)改變電池的正負(fù)極材料來(lái)提高，因此通過(guò)向電解液中加入一些阻燃劑來(lái)提高電池的安全性能是目前研究的熱點(diǎn)。氟代碳酸酯如-(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯(TFEC)作為電解液添加劑，能顯著提高提高電池的安全性能。
　　本文以碳酸二苯酯(DPC)和三氟乙醇為原料，采用酯交換反應(yīng)合成一種新型鋰離子電池阻燃劑-(2，2，2-三

2、氟乙基)碳酸酯(TFEC)，研究了催化劑、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、物料配比等各種因素對(duì)反應(yīng)的影響，選出最佳的反應(yīng)條件。然后通過(guò)向電解液中摻雜不同比例的TFEC，研究TFEC的摻雜對(duì)電解液的影響，其中包括電解液的電導(dǎo)率、燃燒自熄時(shí)間;考察了對(duì)電池的容量、充放電性能、循環(huán)性能、內(nèi)阻的影響;在電池的安全性能方面主要從防過(guò)充測(cè)試、針刺實(shí)驗(yàn)以及熱沖擊實(shí)驗(yàn)等方面進(jìn)行研究，以篩選出最佳的TFEC添加量。
　　首先研究了反應(yīng)條件對(duì)DPC的

3、轉(zhuǎn)化率、TFEC的收率以及選擇性，最終選擇高效的氫化鈉作為催化劑， m(NaH)∶m(DPC)=1.0％，反應(yīng)物料比n(DPC)∶n(TFET-OH)=1∶4，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，反應(yīng)溫度120℃，在此最優(yōu)條件下DPC的轉(zhuǎn)化率為67.8％，TFEC的收率為51.1％。選擇性為75.4％，提純后純，度可達(dá)99.5％，水分含量低于200 ppm，為150 ppm。
　　其次研究了TFEC對(duì)電池電化學(xué)性能的影響。向電解液中添加適量的TFE

4、C能提高電解液的電導(dǎo)率，但當(dāng)添加量超過(guò)5 wt.％時(shí)，電導(dǎo)率下降。這一點(diǎn)可以從交流阻抗的圖譜中得到驗(yàn)證，當(dāng)添加劑含量為5 wt.％時(shí)內(nèi)阻最小，當(dāng)添加劑含量為20 wt.％時(shí)電池內(nèi)阻要比沒(méi)有添加劑時(shí)還要大。過(guò)量的TFEC添加劑的添加對(duì)電池的容量有負(fù)面作用，當(dāng)TFEC的摻雜量超過(guò)5wt.％時(shí)，電池有明顯的容量下降趨勢(shì);TFEC的摻雜對(duì)于電池的小倍率(0.5 C)充放電100次循環(huán)沒(méi)有負(fù)面作用;不同倍率充放電測(cè)試則表明TFEC的摻雜對(duì)于低倍率

5、充放電沒(méi)有明顯影響，但在高倍率放電條件下，使得電池容量衰減率明顯降低，放電平臺(tái)明顯提高;循環(huán)伏安曲線表明，少量的TFEC摻雜有利于降低氧化峰和還原峰的電勢(shì)差，使得氧化峰電流與還原峰電流之比更接近于1。添加少量的TFEC有利于提高電池的循環(huán)性能，當(dāng)摻雜量5 wt.％表現(xiàn)出了最好的循環(huán)性能，但摻雜量超過(guò)5wt.％時(shí)則不利于提高電池的循環(huán)性能。
　　進(jìn)一步研究了TFEC對(duì)電池安全性能的影響。TFEC的摻雜能明顯降低電解液的燃燒自熄時(shí)間，

6、且摻雜量越大，燃燒時(shí)間降低的越明顯;TFEC的摻雜能明顯提高電池在過(guò)充條件下(750mA，6V)的氧化電勢(shì)，從而提高電池的耐壓特性，且摻雜量越大耐壓性能提高的越明顯;針刺實(shí)驗(yàn)表明TFEC的加入能明顯降低電池在短路條件下的溫度，且TFEC加入的量越多，溫度降低的越明顯;高溫條件下熱沖擊實(shí)驗(yàn)表明TFEC的添加能明顯提高電池的耐受時(shí)間，當(dāng)加入TFEC的量為20 wt.％時(shí)，與沒(méi)有添加TFEC的電池相比耐受時(shí)間增加了73％。綜合對(duì)電解液的燃燒自