發(fā)布時間：2018-12-15 07:53

【摘要】：本論文主要應(yīng)用計算化學(xué)的原理,選擇適宜的計算方法和中等水平的基組研究鋰離子電池體系。研究內(nèi)容分為兩大部分,第一部分介紹吸電子取代基團(tuán)的數(shù)目、位置對有機(jī)電正極材料蒽醌和菲醌衍生物的氧化還原電位和能量密度的影響;第二部分對非水有機(jī)電解液體系中鋰離子與溶劑分子中的官能團(tuán)之間的相互作用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。第一章緒論中簡單闡述了鋰離子電池的電正極材料和電解質(zhì)溶液的研究近況和有機(jī)電正極材料的分類及性能;介紹了計算模擬過程中涉及的理論計算方法、包含溶劑模型、芳香性判據(jù)核獨(dú)立化學(xué)位移,以及AIM理論等。第二章通過密度泛函計算探究雜芳香化合物蒽醌和菲醌的取代基效應(yīng),為設(shè)計可充電鋰離子潛在正極材料提供理論指導(dǎo)。醌類衍生物的氧化還原電位計算值隨吸電子取代基團(tuán)數(shù)目的增加而增大。醌類衍生物環(huán)上的四個氫原子同時被吸電子取代基取代時氧化還原電位數(shù)值最大,然而單取代時卻獲得最大的質(zhì)量能量密度。羰基是最有利的活性鋰鍵位點,鋰原子和取代基團(tuán)中的電負(fù)性原子可以形成分子內(nèi)鋰鍵。分子內(nèi)鋰鍵通過增強(qiáng)鋰化態(tài)的熱力學(xué)穩(wěn)定性來升高氧化還原電位。此外,NICS計算表明含有鋰-羰基化學(xué)鍵的衍生物比非鋰化態(tài)更加穩(wěn)定。第三章主要對鋰離子電池另外一個關(guān)鍵的組成電解液進(jìn)行了研究。非水有機(jī)電解液體系包括鋰鹽和有機(jī)溶劑。通過溶劑分子的HOMO軌道的能量高低判斷不同取代基團(tuán)對溶劑分子抗氧化性的改變,之后通過AIM理論探究氟原子對鋰離子與溶劑分子相互作用強(qiáng)度的影響。最后分析取代基團(tuán)對各種溶劑中鋰離子去溶劑化能的影響。
[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.
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O625.46;TM912

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