锂离子电池用砜类高电压电解液的量子化学计算及电化学性能研究

发布时间：2017-11-11 16:27

  本文关键词：锂离子电池用砜类高电压电解液的量子化学计算及电化学性能研究

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【摘要】：近年来锂离子电池的发展集中于从多个方面来提高其整体性能,包括电极材料以及电解液、隔膜等,如提高电池的输出电压和功率密度等,以便扩展锂离子电池在大功率电气设备上的使用范围。以LiNi0.5Mn1.5O4等材料为代表的高电压正极材料的放电电压能够达到5V左右,而传统的常规碳酸酯类溶剂难以满足5V的充放电平台,因而探寻满足高电压需求的新型电解液溶剂体系是近几年来的研究热点。在选择锂离子电池电解液的过程中引入量子化学理论计算的方法也是众多研究者的关注点。本论文通过使用三种不同的理论原理方法,对多种砜类溶剂体系进行量子化学理论计算,初步探索和优选出几种砜类溶剂,并依照理论计算的结果将砜类化合物的一些结构特性对其电化学性能的影响给出分析,同时结合实际的电化学性能测试,进一步从实验的角度验证了理论计算的指导意义。结合砜类溶剂的物理化学性质,选择性能较为优异和稳定的环丁砜TMS作为本实验的主体溶剂,主要是依据其具有较高的电化学稳定性和热稳定性,同时选择DMS和DES作为TMS的共溶剂以降低TMS的黏度。通过对比三种锂盐与砜类溶剂的复配研究表明,三种锂盐双乙二酸硼酸锂Li BOB、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂LiTFSI和六氟磷酸锂LiPF6在与TMS-DMS和TMS-DES构成的电解液的电化学窗口达到5.4 V以上,室温下电解液电导率可以达到3 mS·cm-1以上,三种锂盐中Li BOB与TMS-DMS构成的电解液性能最为稳定。实验还考察了锂盐的浓度对电解液体系的离子电导率的影响,结果显示了电解液的离子电导率达到最大时锂盐的浓度为Li BOB 0.8M,LiTFSI和LiPF6都是1M。最后通过红外光谱表征的方法从分子的官能团等的键的相互作用和结构产生的效应的角度来进一步研究三种锂盐对于溶剂体系的影响程度和相互作用,结果显示LiTFSI和LiPF6对于溶剂体系的分子振动影响较大,而LiBOB则相对保持了原有的溶剂体系的振动谱带,这也在一定程度上说明锂盐通过对砜类溶剂体系最主要的官能团砜基和磺酸酯基产生影响,从而使得溶剂体系的离子导电率和电化学稳定性均有改变。砜类高电压电解液溶剂体系以其较高的电化学稳定性有望成为新一代有机电解液体系,因而在今后的研究中可以在本论文的研究基础上进一步地探索优选出的几种砜类高电压电解液体系与高电压材料的匹配性。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【共引文献】

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本文编号：1172191