1,2-二(氰氨基)-3-羰基-4-环戊烯-4,5-二醇锂硼盐系列电解质的合成及性能研究

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二次锂离子电池作为一种环保、节约的新型能源,自问世以来一直倍受关注。随着社会的发展,人们的需求越来越多,然而各种资源短缺及能源匮乏,迫使人们去寻找能够满足自身发展的新型能源。二次锂离子电池与其它二次电池(如镍-氢、镍铬电池)相比,具有质量轻、工作电压高、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、对环境污染小等优势,这便使它的应用前景更加广阔。因此,二次锂离子电池的快速、全面发展已经成为不可逆转的趋势,电化学研究者对于锂离子电池的研究也是层出不穷,尤其是最近几年中,报道出许多新型的二次锂离子电池材料。合成新型的电解质锂盐,也是锂离子电池创新的一个重要方向。作为锂离子电池中不可或缺的材料之一,电解质承载了锂离子在正、负电极间的传输工作,它的性能的优劣直接关系到锂离子电池的各项性能。所以,研制出具有高的电导率、良好的电化学及热力学稳定性、而且安全无毒的锂离子电池电解质,是开发新型锂离子电池最有效的途径之一。本论文的主要工作,就是合成了三种含有克酮酸衍生物的锂硼盐,并对其性能进行了实验性的研究。此三种锂硼盐中的阴离子,均是以B为中心的大的螯合体系,形成了大的共轭结构,有利于阴离子的稳定,而且其中引入了强的吸电子基-NCN,更加使中心离子上的负电荷得到分散,增强了阴离子的稳定性,增大了锂硼盐在有机溶剂中的溶解度。Li+与此类阴离子结合后,更容易以离子的状态在电解液中存在,从而提高了锂硼盐的电导率。在本论文中,研究工作主要分四步展开:首先,合成了三种含克酮酸衍生物的锂盐——1,2-二(氰氨基)-3-羰基-4-环戊烯-4,5-二醇-二氟螯合锂硼盐(DFLNBC)、1,2-二(氰氨基)-3-羰基-4-环戊烯-4,5-二醇-邻苯二酚螯合锂硼盐(BLNBC)、1,2-二(氰氨基)-3-羰基-4-环戊烯-4,5-二醇-四氟邻苯二酚螯合锂硼盐(PFLNBC)、并通过红外光谱(IR)、元素分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)等方法对它们的结构分别进行了表征,其结果与目标产物基本一致。其次,分别对其热力学性质及电化学性质进行了测试,并做了初步分析。热力学性质主要是从其热稳定性、在混合有机溶剂中的溶解性来探究,电化学性质主要从其在有机溶剂中的电导率、氧化电位来探究。第三,根据测试数据,比较它们的各项性能的优劣,得出结论,从而进一步认识该类锂硼盐的性能与其结构的关系。最后,对本文的不足之处做了分析,对锂离子电池电解质未来的发展趋势做了展望。测试结果表明,本文成功合成了三种新型锂盐,并且它们具有较强的热力学稳定性及电化学稳定性,在几种混合有机溶剂中的溶解性较好,电导率较高,可以为该系列锂硼盐的在二次锂离子电池中的实用性作进一步研究。
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