基于核磁共振技术探讨有机硅电解质物化特性

有机硅化合物是电解质材料研究的热点之一,其物理化学特性是衡量电池性能的重要参数.本文采用多种核磁共振（NMR）技术（包括¹H NMR、¹³C NMR、DOSY、⁷Li NMR、¹⁹F NMR）对有机硅化合物CN（CH₂）₂SiCH₃（OCH₂CH₂OCH₃）₂（BNS）的结构,电解液（LiPF₆/BNS）的溶剂化效应、扩散系数和热稳定性四个方面进行了分析评价,发现BNS和LiPF₆之间具有溶剂化效应;BNS的氰基（CN）和醚键（-O-）基团可与Li⁺形成络合物,且氰基配位能力优于醚键,络合键的形成促进了LiPF₆的离解和扩散,同时也提高了LiPF₆/BNS的热稳定性,证明高温下LiPF₆的分解是电解液失败的主要原因.该研究为开发新型电解质化合物及促进其性能提升提供了理论依据.     

过充保护添加剂氰基功能化2, 5-二叔丁基对苯二酚的合成及其在锂离子电池中的应用

设计合成了单氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1-（β-氰基乙氧基）-4-甲氧基苯（RS-MCN）和双氰基功能化的2, 5-二叔丁基-1, 4-（β-氰基乙氧基）苯（RS-DCN）,并用作氧化还原过充添加剂开展了其在锂离子电子中的应用研究。通过丙烯氰和2, 5-二叔丁基对苯二酚的迈克尔加成反应可高效合成RS-MCN和RS-DCN,氰乙基取代后的过充保护添加剂分子的可逆氧化还原电位分别为4.02、4.08 V（vs Li/Li⁺）;并且单氰基取代的RS-MCN在商业碳酸酯电解液1 mol·L^-1 LiPF6/EC+DEC+EMC（1：1：1,体积比）中的溶解度可高达0.3 mol·L^-1。RSMCN和RS-DCN对LiFePO₄/Li电池的过充保护性能和电极相容性也进行了深入的研究,实验结果表明：RSMCN具有更好的过充保护性能和电极相容性,其5 V截止电压过充保护时间可超过1200 h,100%过充保护大于90周循环;0.3 mol·L^-1 RS-MCN的添加能使100%过充的LiFePO₄/Li电池在2.5C倍率条件下正常循环,其放电比容量达153.5 mAh·g^-1。此外,RS-MCN的添加对LiFePO₄/Li电池在2.5-3.8 V条件下的循环性能有明显改善,添加有RS-MCN的电池在60周的循环后容量保持率高达94.4%,而商业电解液的电池在60周循环后的容量保持率降至84.3%。因此,氰基功能化RS-MCN是一类具有潜在应用前景的过充保护添加剂。