非水電解質(zhì)組份的量子化學研究及在鋰離子電池中的應用.pdf

1、鋰鹽是鋰離子電池電解質(zhì)中的主要成分，開發(fā)高性能鋰離子電池必須研制新的鋰鹽。新型鋰鹽研究的重點是尋找與Li配位的合適的陰離子，從而得到具有熱化學和電化學特性優(yōu)良的鋰鹽。 弄清鋰鹽結(jié)構(gòu)與性能的關系(quantitative structure—property relationships-QSPR)來為實驗研究者提供指導作用并為其節(jié)省時間和資源，量子化學指導下的計算機模擬就是一個行之有效的方法。實際上，鋰鹽分子的陰離子結(jié)構(gòu)、離子對的

2、相互作用在決定它在有機溶劑中的溶解性、離子導電率、電化學窗口和熱穩(wěn)定性方面起著內(nèi)在的作用，所以對鋰硼鹽的電子結(jié)構(gòu)、能量和軌道進行充分的計算研究，可以在量子化學水平上加深對其特性的理解。 本論文研究旨在：一方面對電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關系做系統(tǒng)性的研究，另一方面對理論指導下實際鋰鹽的設計、合成及實驗的結(jié)果進行研究。 在論文的第二、三章中，綜述了鋰鹽的研究現(xiàn)狀：其中包括鋰鹽的分類、合成方法、熱化學及電化學性能的實驗結(jié)果。也包括

3、了量子化學方法從理論上對分子結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能關系的研究，尤其是在分子的IR、NMR、熱穩(wěn)定性、電導率及電化學窗口的方面的理論研究。 在論文第四章中，提出了本工作的研究方法，研究對象及主要研究內(nèi)容，對后續(xù)的研究工作進行了總體設計。 為了尋找對鋰鹽合適的量子化學研究方法及性能良好的鋰鹽應具備的共性，論文第五章詳細地研究了氮方酸衍生物的強酸性和芳香性。包括了酸性和芳香性的判據(jù)和判斷結(jié)果，為尋找較高電導率的鋰鹽準備了計算方法和明

4、確了配合物的結(jié)構(gòu)特點。 為了系統(tǒng)地研究鋰鹽的分子結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)的關系，論文第六、七、八三章系統(tǒng)地從理論上研究了方酸及其氰基亞氨基衍生物、方酸及其二氰亞甲基衍生物、克酮酸及其二氰亞甲基衍生物等各系列電解質(zhì)分子(陰離子)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)與電導率、陰離子結(jié)構(gòu)與電化學穩(wěn)定性的關系。 在論文第九章中利用前述有關研究方法，對已有合成報道的鋰鹽LBBB及其衍生物進行了詳細理論研究，分析了此類鋰鹽的分子結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)。從理論上闡述了該類鋰鹽

5、的熱穩(wěn)性、溶解性、導電性及電化學穩(wěn)定性與分子結(jié)構(gòu)關系的本質(zhì)。在上述理論結(jié)果的指導下，論文第十章選擇了克酮酸二價陰離子——具有很強的酸性、較好的芳香性、較大的電荷分散性、形成的配合陰離子具有較顯著的共軛性——作為配體與B配位，合成了二種新的鋰鹽(LBCB和LCSB)，通過實驗測定了它們的結(jié)構(gòu)和在有機溶劑中的溶解性。測試了這些鋰鹽的熱分解溫度、電導率和電化學窗口，并和已報道的同類鋰鹽LBSB進行比較，從實驗上證明了前述理論研究的正確性。