鋰離子電池電解液添加劑的分子設計、合成和電化學性質(zhì)研究.pdf

1、鋰離子電池因具有比能量大、放電電壓平穩(wěn)、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小、無記憶效應、自放電小、快速充電等優(yōu)點，被公認為最理想的可充電電池之一，目前已廣泛應用于便攜電子器件，如手機、筆記本、攝像機等，同時也已經(jīng)應用于電動汽車的動力電源。便攜電子設備和電動汽車都需求鋰離子電池擁有更高的能量密度，使其在輕便化、小型化的同時擁有更強的續(xù)航能力。提高鋰離子電池的電壓是提高其能量密度和倍率性能的一種有效途徑，而目前限制鋰離子電池工作電壓的主要因素是商業(yè)化應

2、用的碳酸酯電解液電化學穩(wěn)定窗口較低，當電壓達到4.5V左右時會發(fā)生氧化分解反應，使鋰離子電池的循環(huán)性能和安全性能大幅降低。本文通過引入含氟添加劑來對電解液進行改性，以提高電解液的電化學穩(wěn)定窗口，從而提高鋰離子電池的工作電壓。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用氟元素的強電負性，使含氟分子的電子難以被奪取，能夠提高電化學穩(wěn)定性，設計出了一種含氟有機添加劑分子（3,3-二氟二氫吲哚-2-酮類化合物），并發(fā)展出了一種以廉價易得的溴二氟乙酸乙

3、酯（BrCF2CO2Et）和芳香胺類化合物（ArNH2）為原料，三(2-苯基吡啶)合銥（Ir(ppy)3）為催化劑，Na2CO3為堿，通過可見光促進的光氧化還原策略，實現(xiàn)了芳胺化合物的直接二氟烷基化-酰胺化反應，合成了一系列含有不同官能團的目標分子。⑵采用第一性原理的密度泛函理論，使用 Gaussian09軟件包對這些含不同官能團的目標分子進行了理論計算研究。首先采用 B3LYP泛函和6-31+G(d)基組（重元素采用LanL2DZ基組

4、）對含氟添加劑分子的基態(tài)幾何構(gòu)型進行優(yōu)化。并在同樣的計算條件下對優(yōu)化結(jié)果進行了頻率分析，以進行零點能校正和優(yōu)化結(jié)果驗證。⑶根據(jù)計算得到的各含氟添加劑分子HOMO和LUMO能級，篩選出具有代表性的含氟添加劑并按照一定比例添加到1 mol/L LiPF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)電解液體系中，并與LiNi0.5Mn1.5O4正極片、金屬鋰負極片、聚乙烯隔膜等組裝成紐扣電池，并測試電化學阻抗、循環(huán)伏安特性和倍率性能等電化學性能。⑷測