六氟环氧丙烷二聚体封端聚醚及在锂电池中的应用

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可充电电池是现代社会必不可少的能源。其中锂离子电池不仅被集成到便携式电子设备,而且在军事和智能电网应用中发挥着极其重要的作用。商业化的碳酸酯类电解液会存在一些如安全性、稳定性、电性能等的问题。为此,根据含氟材料极性较弱、安全性高的特点,引入含氟聚醚与锂离子电池电解液结合以得到更好的锂离子电池电解液。以全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物(六氟环氧丙烷二聚体,HFPO)为新型含氟单体,与不同分子量的聚乙二醇(PEG)通过酯化反应制备全氟(2-丙氧基)丙酸聚乙二醇酯(HFPO-PEG)。通过红外光谱对不同分子量的产物进行结构表征。将双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)溶解于产物,研究含氟链段对电解液性能的影响。结果表明,含氟链段的引入能够降低电解液的黏度,提高电化学稳定窗口、电化学稳定性以及锂离子迁移数。HFPO-mPEG200的最大溶盐程度为43%。且电解液黏度较低,Tg值更大。当WLi TFSI=0.15时,HFPO-m PEG200电解液的黏度为3.20 Pa S,Tg为-33.4℃。室温下,其离子电导率达到1.35×10-4 S/cm。通过循环伏安测试(CV)得到的电化学稳定窗口约为3.6 V(vs.Li/Li+),计时电流测试(CA)的锂离子迁移数为0.75。以全氟(2-甲基-3-氧杂己基)氟化物(六氟环氧丙烷二聚体,HFPO)为新型含氟单体,与一缩二乙二醇(DEG)通过酯化反应制备全氟(2-丙氧基)丙酸二乙二醇酯(HFPO-DEG)。通过红外光谱对产物进行结构表征。将锂盐溶解于产物,并与HFPO-m PEG200进行复配研究复配比例对电解液性能的影响。结果表明,HFPO-DEG的引入能促进HFPO-m PEG200携带更多的电荷载流子,当HFPO-DEG引入量为30%时电解液黏度最高,10%时电解液离子电导率最高,阻抗最小。当WHFPO-DEG=0.1时,电解液的Tg为-31.5℃。室温下,其离子电导率达到2.27×10-4 S/cm。通过循环伏安测试(CV)得到的电化学稳定窗口约为3.6 V(vs.Li/Li+),计时电流测试(CA)的锂离子迁移数为0.61。以全氟(2-丙氧基)丙酸聚乙二醇酯和全氟(2-丙氧基)丙酸二乙二醇酯作为少量添加剂分别引入体积比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC),并将锂盐溶于产物得到电解液。结果表明,添加剂的引入提高了电解液的黏度、离子电导率以及载荷能力。当HFPO-PEG200以5 wt%的添加量引入EC/DMC中时Tg为5.9℃。室温下,其离子电导率为1.17×10-3 S/cm。通过循环伏安测试(CV)得到的电化学稳定窗口约为3.7 V(vs.Li/Li+),计时电流测试(CA)的锂离子迁移数为0.58。
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