新型氟磺酰亚胺锂盐电解质的制备及其应用于锂离子电池的研究

本项目拟设计合成含有氟磺酰基（FSO2-）的新型亚胺锂盐（氟磺酰）（氟烷基磺酰）亚胺锂及（氟磺酰）（氟烷氧基磺酰）亚胺锂。通过对锂盐本体的相变行为、热稳定性、及热分解行为的表征，以及锂盐/碳酸酯电解液的热稳定性、化学稳定性、电导率及锂离子迁移数、铝箔腐蚀性、及电化学稳定性等重要性能的表征，系统研究锂盐阴离子结构与其理化和电化学性能的关系，并筛选出无铝箔腐蚀性、热稳定性高、化学和电化学稳定性好、电导率高的锂盐，应用于原型锂离子电池及其半电池的研究。通过对电池的倍率、室温和高温循环、及高温保存等重要性能的评价，并结合交流阻抗分析，研究锂盐分子结构与电极材料相容性的关系。通过对电池正负极材料表面在评价前后的成分和形貌的对比分析，以及电解液中正极材料的金属离子的浓度测定等，研究新型锂盐及其电解液与电极材料表面的相互作用和反应机制等，为新型锂盐电解质材料应用于锂离子电池提供科学依据和奠定基础。

本项目设计合成了4类新型氟磺酰亚胺阴离子的锂盐，主要包括（氟磺酰）（氟烷基磺酰）亚胺锂盐（Li[(FSO2)(RF SO2)N]），(三氟甲基(S−三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li[ sTFSI] )，聚(对乙烯苯苯磺酰) (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)亚胺锂(LiPSTFSI)和聚(对乙烯苯苯磺酰)(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)亚胺锂(LiPsSTFSI)。对这些合成锂盐的化学结构和物理性质进行了表征。对这些锂盐的电解质的物理和电化学性能，包括热稳定性、电导率、电化学稳定性、与铝箔和正负极材料的相容性等，进行了系统表征。结果表明 (1) 这些锂盐电解质表现出良好的热稳定性，(2) 随着烷基取代基RF链的延长，电导率降低，但对铝箔的钝化能力和耐氧化性增强。.提出了微量质子溶剂(如水、醇)和HF是导致LiPF6电解液持续分解的的主要原因。另一方面，新型锂盐Li[N(SO2F)(SO2RF)]作为LiPF6的添加剂，能清除LiPF6中的HF，从而解决了LiPF6电解液的持续分解难题。综合电导率、热稳定性、对铝箔的钝化能力以及耐氧化性等性能考虑，Li[(FSO2)(nC4F9SO2)N]] (LiFNFSI)具有较出色的综合性能。采用LiFNFSI为导电盐或添加剂的石墨/LiCoO2锂离子电池，比相应的LiPF6电池，具有更好的高温搁置、倍率室温和高温循环性能。这主要是由于LiFNFSI自身具有良好的化学稳定性及其在石墨阳极表面能生成更稳定的SEI膜。该结果对解决现有锂离子电池的循环寿命短（特别是高温下）的技术难题，具有重要指导意义。.新型锂盐LiFSI (Li[N(FSO2)2N])与经典LiTFSI(Li[N(CF3SO2)2N])相比，与金属锂能形成更稳定的界面。该结果对改善现有基于LiTFSI/PEO的SPEs固态锂电池的Li/SPEs的界面稳定性问题，具有重要的指导意义。.新型聚氟磺酰阴离子的锂盐LiPSTFSI和LiPsSTFSI与PEO组成的固态聚合物电解质，具有锂单离子导体的性能。其电导率研究结果说明，负电荷离域化和阴离子结构柔性，是提高锂单离子导体电导率的关键因素。

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