LiBF₄基电解质溶液红外光谱与体系结构研究

【摘要】：锂离子电池电解质溶液的性质是溶液中离子-分子和分子-分子等复杂相互作用的宏观体现,这些微观相互作用是决定电解液乃至电池性能的根本原因。本论文选取LiBF4作为锂盐,碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为有机溶剂,分别制备了不同浓度梯度的LiBF4/PC/DEC/DMF和LiBF4/PC+DEC/PC+DMF电解质溶液体系,通过傅里叶变换红外光谱和量子化学计算,研究了电解质溶液内部离子-分子、分子-分子间的微观相互作用、优先溶剂化和结构模型等。此项研究工作对电解液体系的优化及低温电解液新体系的研发等具有重要的指导意义和学术价值。主要研究内容和结果如下:在LiBF4/PC、LiBF4/DEC和Li BF4/DMF单组元电解质溶液体系中,Li+与PC、DEC和DMF分子之间存在强烈的相互作用,分别是通过PC分子的羰基氧;DEC分子的羰基氧或醚氧;及DMF分子的O=C-N基团中的氧原子发生作用。在LiBF4/PC+DEC双组元电解质溶液体系中,PC分子与DEC分子之间存在强烈的相互作用,随着VDEC/VPC值的增加,PC分子的C=O伸缩振动向高波数偏移。同时,在LiBF4/PC+DEC体系中,也存在Li+与PC和DEC分子之间的相互作用,这种相互作用是通过PC分子的羰基氧和DEC分子的羰基氧或醚氧进行的。由于两种溶剂分子的DN值(施主数)相差不大,所以在LiBF4/PC+DEC电解质溶液中,Li+与PC和DEC分子间并不存在优先溶剂化现象。在LiBF4/PC+DMF双组元电解质溶液体系中,PC分子与DMF分子之间不存在相互作用或作用很微弱,红外谱图中特征峰并没有检测到变化。同时,溶液中还存在Li+与PC和DMF分子之间的相互作用,这种相互作用是通过PC分子的羰基氧和DMF分子O=C-N基团中的氧原子发生的。由于DMF与PC分子DN值差距较大,在溶液中Li+与两种溶剂分子之间存在优先溶剂化现象,Li+优先与DMF分子结合。
【关键词】：LiBF4 碳酸丙烯酯(PC) 碳酸二乙酯(DEC) N N-二甲基甲酰胺(DMF) 优先溶剂化 傅里叶变换红外光谱 量子化学计算
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O646.1