有机电正极材料蒽醌及菲醌衍生物取代基效应的理论研究
[Abstract]:In this paper, the principle of computational chemistry is applied to study the lithium ion battery system. The research contents are divided into two parts. In the first part, the number and position of electron-absorbing substituents on the redox potential and energy density of anthraquinone and phenanthraquinone derivatives with electromechanical cathode materials are introduced. In the second part, the interaction between lithium ions and functional groups in solvent molecules in non-aqueous organic electrolyte system is analyzed in detail. In the first chapter, the research status of cathode materials and electrolyte solutions for lithium ion batteries and the classification and performance of electromechanical cathode materials are briefly described. The theoretical calculation methods involved in the process of calculation and simulation are introduced, including solvent model, aromatic criterion nuclear independent chemical shift, AIM theory and so on. In chapter 2, the substituent effects of anthraquinones and phenanthraquinones are investigated by density functional calculation, which provides theoretical guidance for the design of rechargeable lithium ion potential cathode materials. The calculated value of redox potential of quinone derivatives increases with the increase of the number of electron sucking groups. The redox potential of the four hydrogen atoms on the ring of quinone derivatives is the largest when they are replaced by the electron-absorbing substituents at the same time, but the maximum mass energy density is obtained by the single substitution. Carbonyl group is the most favorable active lithium bond site. Lithium atom and electronegativity atom in substituent group can form intramolecular lithium bond. The intramolecular lithium bond increases the redox potential by enhancing the thermodynamic stability of the lithium state. In addition, NICS calculations show that the derivatives containing lithium-carbonyl chemical bonds are more stable than the non-lithiated ones. In chapter 3, another key electrolyte for lithium ion battery is studied. Non-aqueous organic electrolyte systems include lithium salts and organic solvents. The energy of the HOMO orbitals of solvent molecules is used to judge the changes of the oxidation resistance of solvent molecules by different substituents. Then the influence of fluorine atoms on the interaction between lithium ions and solvent molecules is investigated by AIM theory. Finally, the influence of substituents on the dissolvability of lithium ions in various solvents was analyzed.
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O625.46;TM912
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