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锂离子电池中作为助溶剂的氟化烷基碳酸酯

在针对可扩展锂离子电池实际工作温度范围(从+40°C降低至–40°C,甚至可能扩大)的持续研究中,已经研究了这些和其他成分的电解质溶液在可再充电锂离子电池中提供的益处。

锂离子电池中作为助溶剂的氟化烷基碳酸酯

已经发现部分氟化的碳酸烷基酯液体化合物是用于可再充电锂离子电化学电池的极好的电解质助溶剂。在针对可扩展锂离子电池实际工作温度范围(从+40°C降低至–40°C,甚至可能扩大)的持续研究中,已经研究了这些和其他成分的电解质溶液在可再充电锂离子电池中提供的益处。甚至低至–60°C)。氟化溶剂被认为是特别有吸引力的,因为它们的低可燃性将导致本质上更安全的细胞。NASA Tech Briefs的许多先前文章都报道了该研究的早期阶段。即“低温锂电池电解液的更新”(NPO-20407),卷 24,第1号,(2000年1月),第56页;“用于锂离子电池的锂醇盐电解质添加剂”(NPO-20607),第1卷。25,No.6(2001年6月),第52页; “用于锂离子电池的脂族酯电解质添加剂”(NPO-20601),第1卷。25,第6号(2001年6月),第53页;“碳酸锂乙酯作为锂离子电池助溶剂”(NPO-20605),第1卷。25,第6号(2001年6月),第53页;以及在本文之前的“锂离子电池焦碳酸烷基电解质添加剂”(NPO-20775)。

这些部分氟化的烷基碳酸酯已作为可再充电锂离子电池的电解质助溶剂进行了测试。

与基线(非氟化)碳酸烷基酯助溶剂和相应的基线电解质制剂相比,评估了部分氟化的碳酸酯助溶剂和使用这些溶剂配制的电解质。助溶剂的基准混合物由等体积的碳酸亚乙酯(EC),碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)组成。基线电解质配方是六氟磷酸锂(LiPF 6)在助溶剂基线混合物中的1.0摩尔溶液。

研究的部分氟化碳酸盐溶剂(见图)包括:

  • 甲基2,2,2-三氟乙基碳酸酯(MTFEC)CAS:156783-95-8
  • 2,2,2-三氟乙基碳酸乙酯(ETFEC)CAS:156783-96-9
  • 丙基2,2,2-三氟乙基碳酸酯(PTFEC),
  • 甲基2,2,2,2´,2´,2´-六氟异丙基碳酸酯CAS:607382-52-5(MHFPC),
  • 2,2,2,2´,2´,2´-六氟异丙基碳酸乙酯CAS:18925-64-9(EHFPC)和
  • 碳酸二-2,2,2-三氟乙基酯(DTFEC)CAS:1513-87-7

使用包含这些助溶剂的各种组合的三元和四元混合物来配制包含浓度为0.5、0.75和1.0摩尔的LiPF 6的电解质。

氟化碳酸酯助溶剂显示出基线助溶剂所需的化学稳定性,同时提供了因氟取代基的存在而赋予的更理想的物理性能。这些更理想的性能包括:(1)较低的熔融温度;(2)更大的化学和电化学稳定性;(3)较低的分子间力和较低的极化率,从而导致较低的表面能;(4)易燃性较低,因此安全性更高。

用这些电解质制成的实验室测试电池在–20°C至–40°C的温度下显示出高容量,在低温下具有高充电和放电速率,并且电极极化低。因此,这些电解质似乎可用于构建具有高比能,长寿命以及在低温下良好运行的能力的可再充电锂离子电池。

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