本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池用砜類高電壓電解液的量子化學(xué)計算及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：近年來鋰離子電池的發(fā)展集中于從多個方面來提高其整體性能,包括電極材料以及電解液、隔膜等,如提高電池的輸出電壓和功率密度等,以便擴(kuò)展鋰離子電池在大功率電氣設(shè)備上的使用范圍。以LiNi0.5Mn1.5O4等材料為代表的高電壓正極材料的放電電壓能夠達(dá)到5V左右,而傳統(tǒng)的常規(guī)碳酸酯類溶劑難以滿足5V的充放電平臺,因而探尋滿足高電壓需求的新型電解液溶劑體系是近幾年來的研究熱點。在選擇鋰離子電池電解液的過程中引入量子化學(xué)理論計算的方法也是眾多研究者的關(guān)注點。本論文通過使用三種不同的理論原理方法,對多種砜類溶劑體系進(jìn)行量子化學(xué)理論計算,初步探索和優(yōu)選出幾種砜類溶劑,并依照理論計算的結(jié)果將砜類化合物的一些結(jié)構(gòu)特性對其電化學(xué)性能的影響給出分析,同時結(jié)合實際的電化學(xué)性能測試,進(jìn)一步從實驗的角度驗證了理論計算的指導(dǎo)意義。結(jié)合砜類溶劑的物理化學(xué)性質(zhì),選擇性能較為優(yōu)異和穩(wěn)定的環(huán)丁砜TMS作為本實驗的主體溶劑,主要是依據(jù)其具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,同時選擇DMS和DES作為TMS的共溶劑以降低TMS的黏度。通過對比三種鋰鹽與砜類溶劑的復(fù)配研究表明,三種鋰鹽雙乙二酸硼酸鋰Li BOB、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰LiTFSI和六氟磷酸鋰LiPF6在與TMS-DMS和TMS-DES構(gòu)成的電解液的電化學(xué)窗口達(dá)到5.4 V以上,室溫下電解液電導(dǎo)率可以達(dá)到3 mS·cm-1以上,三種鋰鹽中Li BOB與TMS-DMS構(gòu)成的電解液性能最為穩(wěn)定。實驗還考察了鋰鹽的濃度對電解液體系的離子電導(dǎo)率的影響,結(jié)果顯示了電解液的離子電導(dǎo)率達(dá)到最大時鋰鹽的濃度為Li BOB 0.8M,LiTFSI和LiPF6都是1M。最后通過紅外光譜表征的方法從分子的官能團(tuán)等的鍵的相互作用和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)的角度來進(jìn)一步研究三種鋰鹽對于溶劑體系的影響程度和相互作用,結(jié)果顯示LiTFSI和LiPF6對于溶劑體系的分子振動影響較大,而LiBOB則相對保持了原有的溶劑體系的振動譜帶,這也在一定程度上說明鋰鹽通過對砜類溶劑體系最主要的官能團(tuán)砜基和磺酸酯基產(chǎn)生影響,從而使得溶劑體系的離子導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性均有改變。砜類高電壓電解液溶劑體系以其較高的電化學(xué)穩(wěn)定性有望成為新一代有機(jī)電解液體系,因而在今后的研究中可以在本論文的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步地探索優(yōu)選出的幾種砜類高電壓電解液體系與高電壓材料的匹配性。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1172191