非水電解質(zhì)組份的量子化學(xué)研究及在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰鹽是鋰離子電池電解質(zhì)中的主要成分，開發(fā)高性能鋰離子電池必須研制新的鋰鹽。新型鋰鹽研究的重點是尋找與Li配位的合適的陰離子，從而得到具有熱化學(xué)和電化學(xué)特性優(yōu)良的鋰鹽。 弄清鋰鹽結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(quantitative structure—property relationships-QSPR)來為實驗研究者提供指導(dǎo)作用并為其節(jié)省時間和資源，量子化學(xué)指導(dǎo)下的計算機(jī)模擬就是一個行之有效的方法。實際上，鋰鹽分子的陰離子結(jié)構(gòu)、離子對的

2、相互作用在決定它在有機(jī)溶劑中的溶解性、離子導(dǎo)電率、電化學(xué)窗口和熱穩(wěn)定性方面起著內(nèi)在的作用，所以對鋰硼鹽的電子結(jié)構(gòu)、能量和軌道進(jìn)行充分的計算研究，可以在量子化學(xué)水平上加深對其特性的理解。 本論文研究旨在：一方面對電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系做系統(tǒng)性的研究，另一方面對理論指導(dǎo)下實際鋰鹽的設(shè)計、合成及實驗的結(jié)果進(jìn)行研究。 在論文的第二、三章中，綜述了鋰鹽的研究現(xiàn)狀：其中包括鋰鹽的分類、合成方法、熱化學(xué)及電化學(xué)性能的實驗結(jié)果。也包括

3、了量子化學(xué)方法從理論上對分子結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究，尤其是在分子的IR、NMR、熱穩(wěn)定性、電導(dǎo)率及電化學(xué)窗口的方面的理論研究。 在論文第四章中，提出了本工作的研究方法，研究對象及主要研究內(nèi)容，對后續(xù)的研究工作進(jìn)行了總體設(shè)計。 為了尋找對鋰鹽合適的量子化學(xué)研究方法及性能良好的鋰鹽應(yīng)具備的共性，論文第五章詳細(xì)地研究了氮方酸衍生物的強(qiáng)酸性和芳香性。包括了酸性和芳香性的判據(jù)和判斷結(jié)果，為尋找較高電導(dǎo)率的鋰鹽準(zhǔn)備了計算方法和明

4、確了配合物的結(jié)構(gòu)特點。 為了系統(tǒng)地研究鋰鹽的分子結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)的關(guān)系，論文第六、七、八三章系統(tǒng)地從理論上研究了方酸及其氰基亞氨基衍生物、方酸及其二氰亞甲基衍生物、克酮酸及其二氰亞甲基衍生物等各系列電解質(zhì)分子(陰離子)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)率、陰離子結(jié)構(gòu)與電化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系。 在論文第九章中利用前述有關(guān)研究方法，對已有合成報道的鋰鹽LBBB及其衍生物進(jìn)行了詳細(xì)理論研究，分析了此類鋰鹽的分子結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)。從理論上闡述了該類鋰鹽

5、的熱穩(wěn)性、溶解性、導(dǎo)電性及電化學(xué)穩(wěn)定性與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系的本質(zhì)。在上述理論結(jié)果的指導(dǎo)下，論文第十章選擇了克酮酸二價陰離子——具有很強(qiáng)的酸性、較好的芳香性、較大的電荷分散性、形成的配合陰離子具有較顯著的共軛性——作為配體與B配位，合成了二種新的鋰鹽(LBCB和LCSB)，通過實驗測定了它們的結(jié)構(gòu)和在有機(jī)溶劑中的溶解性。測試了這些鋰鹽的熱分解溫度、電導(dǎo)率和電化學(xué)窗口，并和已報道的同類鋰鹽LBSB進(jìn)行比較，從實驗上證明了前述理論研究的正確性。