【摘 要】
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随着锂离子电池能量密度的提高与应用场景的增多,锂离子电解液面临更多的挑战,需要其不仅能在高电压阴极的作用下具有良好的稳定性,还能在低温环境下使电池释放较高的容量。局部高浓（局浓）电解液是在高浓电解液的基础上引入惰性稀释剂而形成,在保留了高浓电解液耐氧化稳定性强的特性的同时,降低了电解液整体的粘度,有望支持镍锰酸锂（LNMO）||Li电池在低温下应用。本工作以密度泛函理论（DFT）与分子动力学（MD
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随着锂离子电池能量密度的提高与应用场景的增多,锂离子电解液面临更多的挑战,需要其不仅能在高电压阴极的作用下具有良好的稳定性,还能在低温环境下使电池释放较高的容量。局部高浓（局浓）电解液是在高浓电解液的基础上引入惰性稀释剂而形成,在保留了高浓电解液耐氧化稳定性强的特性的同时,降低了电解液整体的粘度,有望支持镍锰酸锂（LNMO）||Li电池在低温下应用。本工作以密度泛函理论（DFT）与分子动力学（MD）为分析工具,逐步设计并研究了高浓电解液与局浓电解液,具体工作内容如下:（1）对比候选主溶剂的前线分子轨道能级、熔点与粘度,筛选出主溶剂为乙酸甲酯（MA）。测试对比3 M(mol·L-1)浓度的不同候选锂盐的高浓电解液的稳定性、室温与低温性能,筛选出锂盐为四氟硼酸锂（LBF）。在由MA与LBF混合制备的高浓电解液中,增加LBF的浓度,电解液的耐氧化稳定性增强,而耐还原性稳定性则减弱。引入成膜添加剂氟代乙烯酯（FEC）后,高浓电解液的室温与低温性能均得到明显改善。（2）引入稀释剂会导致部分MA脱离Li+的配位作用,进而削弱电解液的耐氧化稳定性。于是调整局浓电解液配方,确定稀释剂含量为50 vol%,锂盐浓度为4M。通过该配方,对比测试1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（D2）与1,1,2,2-四氟乙基甲醚（TFME）稀释的局浓电解液的室温与低温性能。其中,4 M LBF in FEC/MA/TFME（1:4:5,by vol）电解液能使LNMO||Li电池在室温下以1 C循环200圈后拥有87.12%的容量保持率,以5 C放电释放出107.6 m Ah·g-1的放电比容量;在-40℃下以0.1 C循环100圈后拥有93.8%的容量保持率;在-50℃下以0.2 C放电释放出80.85%的室温放电比容量。（3）利用MD模拟并计算不同条件下的Li+对电解液中阴离子以及溶剂分子的配位数,解释了高浓与局浓电解液的特性。通过DFT计算简化的Li+溶剂化结构中的不同团簇的溶剂化能,从而获得电解液的溶剂化能。并联系不同溶剂的熔点与粘度,提出了适用于解释局浓电解液低温性能的溶剂化陷阱概念。
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