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、當今世界對電池的安全性能要求越來越高，尤其是人們對于電動汽車、混合電動汽車以及大容量儲能電池的需求。電池的安全性能很難通過改變電池的正負極材料來提高，因此通過向電解液中加入一些阻燃劑來提高電池的安全性能是目前研究的熱點。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)時間、反應(yīng)溫度、物料配比等各種因素對反應(yīng)的影響，選出最佳的反應(yīng)條件。然后通過向電解液中摻雜不同比例的TFEC，研究TFEC的摻雜對電解液的影響，其中包括電解液的電導(dǎo)率、燃燒自熄時間;考察了對電池的容量、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充測試、針刺實驗以及熱沖擊實驗等方面進行研究，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)時間為8小時，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99.5％，水分含量低于200 ppm，為150 ppm。
　　其次研究了TFEC對電池電化學(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，但當添加量超過5 wt.％時，電導(dǎo)率下降。這一點可以從交流阻抗的圖譜中得到驗證，當添加劑含量為5 wt.％時內(nèi)阻最小，當添加劑含量為20 wt.％時電池內(nèi)阻要比沒有添加劑時還要大。過量的TFEC添加劑的添加對電池的容量有負面作用，當TFEC的摻雜量超過5wt.％時，電池有明顯的容量下降趨勢;TFEC的摻雜對于電池的小倍率(0.5 C)充放電100次循環(huán)沒有負面作用;不同倍率充放電測試則表明TFEC的摻雜對于低倍率

5、充放電沒有明顯影響，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，當摻雜量5 wt.％表現(xiàn)出了最好的循環(huán)性能，但摻雜量超過5wt.％時則不利于提高電池的循環(huán)性能。
　　進一步研究了TFEC對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間，

6、且摻雜量越大，燃燒時間降低的越明顯;TFEC的摻雜能明顯提高電池在過充條件下(750mA，6V)的氧化電勢，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;針刺實驗表明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驗表明TFEC的添加能明顯提高電池的耐受時間，當加入TFEC的量為20 wt.％時，與沒有添加TFEC的電池相比耐受時間增加了73％。綜合對電解液的燃燒自