三氟乙氧基磷酸酯的合成与性能研究

为提高锂离子电池安全性,本文制备了锂离子电池阻燃添加剂-三氟乙氧基磷酸酯(TFP).通过红外(IR)光谱法鉴定了产物结构;讨论了反应时间、反应物浓度比与产率的关系;以及TFP的加入对1mol/LLiPF6EC/EMC/DMC(1:1:1Vol.)电解液的可燃性、分解电压和离子电导率的影响.结果表明:反应时间、反应物浓度比对TFP产率影响较为明显,当催化剂为15mol.%(相对于三氯氧磷),反应时间6h,三氟乙醇与三氯氧磷摩尔比为6:1时,TFP的产率可以达到94.00%;添加TFP对电解液阻燃效果显著,对电解液的分解电压无不利影响,电解液电导率会有所下降,对Li/LiCoO2电池的比容量影响不大.     

添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

在1 mol·L-1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(EC、DMC、EMC体积比为1:1:1)电解液中加入体积比为2%的添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC), 用循环伏安法(CV)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)等方法, 研究了FEC 对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球(MCMB)电极/电解液界面性质的影响. 结果表明, 体积比2%FEC的添加可以抑制部分电解液溶剂的分解, 在MCMB电极表面形成一层性能优良的固体电解液相界面(SEI)膜, 降低了电池的阻抗, 明显提高了电池的比容量和循环稳定性.     

全氟烷基膦酸锂电解液的制备与性能研究

选取氯代二异丙基膦(C6H14PCl)为原料, 利用电化学氟化方法, 得到全氟烷基膦酸[(C3F7)2PF3], (C3F7)2PF3与氟化锂(LiF)反应得到全氟烷基膦酸锂(Li[(C3F7)2PF4]), 将其溶于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)质量比为1∶1的混合溶剂中得到电解液, 考察电解液的电导率、抗水性及氧化分解电位. 以LiCoO2为正极, 锂片为负极组装两电极模拟电池体系, 测试得到电池的放电平台为3.7 V; 电池的首次放电比容量为107 mA•h•g－1; 当循环放电40次后, 容量衰减较快, 电池循环50周后, 效率仍保持102%. 交流阻抗图谱表明电解液放电时的阻抗约为140 Ω. 研究结果表明, 全氟烷基膦酸锂有望成为新型锂离子二次电池的电解质盐.     

锂离子电池中电解液的热行为分析

以DSC方法研究分析了1M LiPF6 EC-DMC-EMC(1:1:1,质量比)电解液在锂离子电池中的热行为.锂离子电池中,电解液的热行为主要体现在三方面:电解液的热分解、参与充电态石墨负极的热分解反应、与Li0.5CoO2的热分解产物发生复杂的化学反应.电解液热分解反应是EMC分解生成DEC、DMC,而DEC、DMC与LiPF6的分解产物PF5发生系列的化学反应,释放大量热与气体.Li0.5CoO2分解释放的氧气导致电解液的分解产物及有机溶剂的燃烧,释放大量热与小分子气体.燃烧反应释放的大量热促使Li0.5CoO2的分解产物Co3O4的继续分解;当达到300℃以上时,由LI0.5CoO2分解生成的LiCoO2可能与燃烧产物CO2发生反应以及其他系列的化学反应.充电态的石墨电极的DSC结果表明,电极表面形成固体电解质膜(SEI膜)的碎裂反应是主要的放热反应,LiC6与粘结剂及电解液的放热反应相对较弱.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC+DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性, 研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界面特征. 实验结果表明, LiODFB不仅具有更高的热稳定性, 而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能. 与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比, 锂离子电池应用LiODFB基电解液在55 ℃的高温具有更好的容量保持能力; 以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电, 两种电池间的倍率性能差别较小; LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜); 交流阻抗表明, 使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗. 因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC＋DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性,研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界而特征.实验结果表明,LiODFB不仅具有更高的热稳定性,而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能.与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比,锂离子电池应用LiODFB基电解液在55℃的高温具有更好的容量保持能力;以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电,两种电池间的倍率性能差别较小;LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜);交流阻抗表明,使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗.因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

丙酸乙酯对LiFePO4锂离子电池低温性能的影响

以丙酸乙酯(EP)作为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的共溶剂,研究其对LiFePO4锂离子电池低温电化学性能的影响.利用循环伏安曲线、交流阻抗图谱和恒电流充放电曲线等方法测试电池电化学性能.结果表明,添加一定量EP,可提高碳酸酯电解液的离子电导率,改善电解液与正极LiFePO4材料和负极石墨材料的相容性,从而提高LiFePO4锂离子电池的低温性能.使用1 mol·L-1LiPF6/(EC:EMC:DMC:EP=1:1:1:3,by mass)电解液的石墨/LiFePO4锂离子电池在10oC(1C)、-10oC(0.2C)、-20oC(0.2C)、-30oC(0.2C)和-40oC(0.2C)下的相对放电容量(以25oC时的放电容量为基准)分别为82.9%、75.6%、59.0%、46.4%和37.6%.     

三氟乙氧基磷酸酯的合成与性能研究

为提高锂离子电池安全性，本文制备了锂离子电池阻燃添加剂-三氟乙氧基磷酸酯（TFP）。通过红外（IR）光谱法鉴定了产物结构；讨论了反应时间、反应物浓度比与产率的关系；以及TFP的加入对1mol／L LiPFoEC／EMC／DMC（1：1：1Vol．）电解液的可燃性、分解电压和离子电导率的影响。结果表明：反应时间、反应物浓度比对TFP产率影响较为明显，当催化剂为15mol．％（相对于三氯氧磷），反应时间6h，三氟乙醇与三氯氧磷摩尔比为6：1时，TFP的产率可以达到94．00％；添加TFP对电解液阻燃效果显著，对电解液的分解电压无不利影响，电解液电导率会有所下降，对Li／LiCoO2电池的比容量影响不大。     

锂离子电池阻燃剂磷酸三(β-氯乙基)酯

将磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)作为锂离子电池阻燃剂以提高电池的安全性。本文采用循环伏安、差热分析(DTA)和电子扫描电镜(SEM)研究了电解液1mol/L LiPF6 EC DMC(质量比1/1)中添加7.5(wt)%TCEP时TCEP的分解电位、分解温度和电池100次循环后的负极表面形貌,用高温测试和电化学测试手段考察了电解液中添加3(wt)%和7.5(wt)%TCEP对电池安全性和电化学性能的影响。结果表明,当TCEP含量为7.5(wt)%时,电解液的分解电压为4.7V,电解液差热分析(DTA)曲线分别在250、280和320℃出现TCEP的三个分解吸热峰,电池循环100次后表面形貌良好。在150℃环境温度下对电池进行的耐高温测试表明,电池温度在147~155℃上下波动,且TCEP对电池循环性能的影响极小,是一种较为理想的阻燃剂。     

Li_2CO_3添加剂对石墨电极性能的影响

运用电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究了在1mol/LLiPF6-EC(碳酸乙烯酯):DMC(碳酸二甲酯)电解液中添加Li2CO3对石墨电极性能的影响及机制.CV研究结果表明,在1mol/LLiPF6-EC:DMC电解液中添加Li2CO3能够有效抑制石墨电极首次充放电过程中碳酸乙烯酯(EC)的单电子还原过程,即还原分解产生乙烯和碳酸锂的过程,进而改善石墨电极的电化学循环性能.EIS研究结果表明,在添加Li2CO3的1mol/LLiPF6-EC:DMC电解液中,石墨电极表面的固体电解质相界面膜(SEI膜)具有较强的黏弹性,可以更好地适应锂离子嵌入过程中石墨颗粒体积的微小变化,从而使锂离子的嵌入过程更容易进行.     

新型锂盐Li[CF3BF3]电解液的制备与性能

制备了1种高纯度的新型锂盐三氟甲基三氟硼酸锂(Li[CF3BF3]),通过核磁共振(NMR)、元素分析(EA)及离子色谱(IC)对其结构进行表征和杂质分析.采取示差扫描量热(DSC)、交流阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和扫描电镜(SEM)等方法研究了1 mol/L Li[CF3BF3]-EC/EMC/DMC(体积比5∶3∶2)电解液的物化和电化学性质.结果表明,Li[CF3BF3]基电解液的电导率和Li+迁移数远高于LiBF4,氧化电位高达5.91 V(vs.Li+/Li),在镍电极表面能观察到可逆的锂沉积-溶出过程,并对Al箔表现出优良的钝化性能.研究了Li[CF3BF3]基电解液的电导率与温度和浓度、黏度与浓度的变化规律,以及一系列浓度电解液的相变规律.Li/C半电池测试结果表明,—CF3取代LiBF4的1个F原子后,其衍生产物Li[CF3BF3]明显改善了电解液与人造石墨的相容性.     

Electrochemical performances of two kinds of ternary electrolyte mixtures with lithium bis(oxalate)borate

Conductivities (??) of PC (propylene carbonate)/EMC (ethyl methyl carbon ate)/DMC (dimethyl carbonate) and EC (ethylene carbonate)/EMC/DMC solutions of lithium bis(oxalate)borate (LiBOB) were experimentally determined at a temperature (??) range from ?40.0 to 60.0°C. Under such experimental conditions, the effect factors on the ??, such as the salt molar concentrations (m), and the volume ratio of solvent compositions, were also investigated. The results showed that, in wide ?? range, the higher ?? were obtained with 0.7 mol L^?1 LiBOB in PC/EMC/DMC and 0.6 mol L^?1 LiBOB in EC/EMC/DMC and with a volume ratio of 1: 1: 1 and 1: 1: 2, respectively. When used in LiFePO₄/Li cells, compared to the cell with the electrolyte system of 1.0 mol L^?1 LiPF₆-EC/EMC/DMC (1: 1: 1), LiBOB cells with PC/EMC/DMC and EC/EMC/DMC electrolyte systems with the same volume mixture solvent compositions exhibit several advantages, such as more stable cycle performance, higher mean voltage, excellent large current discharge capability, more capacity retention at high temperature, and more stable storage performance, etc. This study not only shows that LiBOB is a very promising alternative salt for lithium ion chemistry, but also provides appropriate solvent to improve LiBOB??s electrochemical performance.     

FEC 基电解液对高压正极材料 Li2CoPO4F 电化学性能的影响

本文研究了以氟代碳酸乙烯酯FEC（fluoroethylene carbonate）为共溶剂的电解液对高压正极材料 Li₂CoPO₄F 电化学性能的影响,与碳酸酯基电解液1 mol·L^-1 LiPF₆ EC/DMC=1:1（m:m）相比,1 mol·L^-1 LiPF₆ FEC/DMC=1:1（m:m）可显著提高Li₂CoPO₄F的循环稳定性. 通过线性扫描伏安法（LSV）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）结合电化学阻抗（EIS）对 FEC 改善 Li₂CoPO₄F 材料循环稳定性的机理进行了探索,结果表明与传统碳酸酯基电解液相比,FEC 基电解液在高压下有着优异的抗氧化性,能够有效抑制电解液的氧化分解. 同时,FEC 基电解液中形成的表面膜具有更高的稳定性,能够抑制电极/电解液界面副反应的发生,提高循环过程中电极材料结构稳定性,从而有益于提高 Li₂CoPO₄F 材料的电化学性能.     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2在不同电解液中的性能研究

应用低热固相合成法制备锂离子电池正极材料L iCo1/3N i1/3Mn1/3O2.研究该材料的结构与形貌,并比较它在商品L iPF6盐和在实验室合成的L iBOB(L iB(C2O4)2)盐电解液中的电化学性能.在L iPF6/EC+DMC+DEC电解液中,该材料表现出优良的电化学性能,其于0.5C、1C、1.5C、2C、3C放电倍率的初始比容量依次为167、163、163、157、147mAh/g,电池的循环性能也较好,说明低热固相合成的材料的有较好的高倍率性能.在L iBOB/EC+DEC+DE电解液中,0.5C倍率下比容量为160 mAh/g,较之L iPF6盐电解液的相差不大,但在高倍率下的比容量有所下降.     

Solvent decompositions and physical properties of decomposition compounds in Li-ion battery electrolytes studied by DFT calculations and molecular dynamics simulations

The density functional theory (DFT) calculations have been performed for the reduction decompositions of solvents widely used in Li-ion secondary battery electrolytes, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonates (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC), including a typical electrolyte additive, vinylene carbonate (VC), at the level of B3LYP/6-311+G(2d,p), both in the gas phase and solution using the polarizable conductor calculation model. In the gas phase, the first electron reduction for the cyclic carbonates and for the linear carbonates is found to be exothermic and endothermic, respectively, while the second electron reduction is endothermic for all the compounds examined. On the contrary, in solution both first and second electron reductions are exothermic for all the compounds. Among the solvents and the additive examined, the likelihood of undergoing the first electron reduction in solution was found in the order of EC > PC > VC > DMC > EMC > DEC with EC being the most likely reduced. VC, on the other hand, is most likely to undergo the second electron reduction among the compounds, in the order of VC > EC > PC. Based on the results, the experimentally demonstrated effectiveness of VC as an excellent electrolyte additive was discussed. The bulk thermodynamic properties of two dilithium alkylene glycol dicarbonates, dilithium ethylene glycol dicarbonate (Li-EDC) and dilithium 1,2-propylene glycol dicarbonate (Li-PDC), as the major component of solid-electrolyte interface (SEI) films were also examined through molecular dynamics (MD) simulations in order to understand the stability of the SEI film. It was found that film produced from a decomposition of EC, modeled by Li-EDC, has a higher density, more cohesive energy, and less solubility to the solvent than the film produced from decomposition of PC, Li-PDC. Further, MD simulations of the interface between the decomposition compound and graphite suggested that Li-EDC has more favorable interactions with the graphite surface than Li-PDC. The difference in the SEI film stability and the behavior of Li-ion battery cycling among the solvents were discussed in terms of the molecular structures.     

复合,多孔PVDF-HFP聚合物电解质膜的制备及其性能研究

采用溶剂/非溶剂方法—即相转移法制得PVDF＿HFP微孔膜,比较了DMC,DEC和PC等3种增塑剂的制孔作用.结果表明:DEC最好,DMC次之,而PC效果最差.聚合物的导电率为1.86×10-3Sm-1(LiPF6＿1mol/L;EC/DMC:1/1wt).     

电解液添加剂硫酸亚乙酯对锂离子电池性能的影响

在1 mol/L LiPF₆/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯+碳酸甲乙酯（体积比1∶1∶1）电解液中,采用恒流充放电测试、循环伏安法（CV）、扫描电子显微镜（SEM）、能量散射光谱（EDS）、电化学阻抗谱（EIS）等测试技术,研究了添加剂硫酸亚乙酯（DTD）对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球（MCMB）电极/电解液界面性质的影响。 结果表明,在电解液中引入体积分数0.01%DTD后,MCMB/Li电池可逆放电容量从300 mA·h/g提高至350 mA·h/g,电池总阻抗降低,循环稳定性提高。CV测试发现,在首次还原过程中,DTD在电极电位1.4 V左右（vs Li/Li⁺）发生电化学还原,参与了MCMB电极表面固体电解质相界面膜（SEI膜）的形成过程。 同时,DTD对LiMn₂O₄电极性能无不良影响。     

V_2O_5/C电化学电容器有机电解液的性能研究

以偏钒酸铵为反应原料,采用液相沉淀法制备出不定型V2O5电极材料.以V2O5为正极,石墨为负极,分别选用1.0 mol/L LiClO4/EC+DMC、1.0 mol/L LiPF6/EC+DEC+DMC、1.6 mol/L Et4NBF4/AN 3种有机电解液组成不对称电化学电容器,恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试该模拟电容器,如以1.0 mol/LLiClO4/EC+DMC作电解液则具有良好的循环性能和较小的阻抗,且在500 mA/g电流密度下比能量达到8.4Wh/kg,充放电效率达98%.