伴随着经济全球化进程的持续加速和化石燃料的大量使用,环境污染和能源枯竭问题日益加重。为了尽可能减少化石燃料使用过程中的污染,人类正积极开发可再生能源。可充电电池作为有效利用可再生能源所不可或缺的一部分,能够有效地以化学形式储存电能。其中锂离子电池（LIB）毋庸置疑地占据了电化学储能（EES）市场的核心地位。可充电锂离子电池的稳定性、安全性和寿命与电解质及负极表面之间的固体电解质界面膜（SEI）的特性密切相关,因此,锂离子电池负极表面与锂离子电池电解质之间的固体电解质界面膜被视为锂离子电池最重要的问题。与此同时,这个问题也是现阶段人们有待探究的问题。为了在这方面做出进一步的努力,我们首先使用了密度泛函理论（DFT）以及隐式溶剂模型和过渡态理论,在B3PW91/6-311++G（d,p）方法水平上,首次全面探索了新型添加剂4-氯甲基-1,3,2二氧杂硫杂环戊烷-2-氧化物（CMDO）和一些其他溶剂或添加剂的电还原机理,并将其与碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸氟亚乙酯（FEC）甚至亚硫酸亚乙酯（ES）进行分析比较。Li+配位化合物Li+（X）形成分解前体[c-Li+(X·-)],其单电子还原电势按CMDO（2.3-2.5V vs Li+/Li）～ES（2.4 V）>FEC（0.8 V）>EC（0.57 V）>PC（0.55 V）>DMC（0.43 V）的顺序依次降低,这意味着CMDO优先于其他溶剂和电解液添加剂在负极还原分解。[c-Li+(CMDO·-)]的开环是动力学上最不利的,由最高的能量势垒（Ea）反映出来:CMDO（22.1-26.2 kcal/mol）～ES（26.8）>FEC（16.0）>PC（12.2）>EC（11.0）>DMC（11.0）,对于形成的开环自由基[o-Li+(CMDO·-)],CMDO仍然显示出最高的总反应速率常数(～1059s-1)。此外,[o-Li+(CMDO·-)]形成Li Cl的终止反应在热力学上比形成Li2SO3和有机亚硫酸盐更为有利。理论结果与实验检测到的结果一致:在SEI膜中所有含卤素物质的添加剂中,Li F和Li Cl占主导地位;超分子簇[（CMDO）Li+（PC）2]（PC）9加入第二个Li+的溶剂化壳和隐式溶剂模型（SMD）的混合模型在电池中产生了良好的还原电势（～1.7 V）,并且与实验还原峰极吻合。
基本信息
| 题目 | 锂离子电池固液界面形成和增长的第一性原理研究 |
| 文献类型 | 硕士论文 |
| 作者 | 刘潇 |
| 作者单位 | 齐鲁工业大学 |
| 导师 | 马万勇 |
| 文献来源 | 齐鲁工业大学 |
| 发表年份 | 2020 |
| 学科分类 | 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑 |
| 专业分类 | 化学,电力工业 |
| 分类号 | TM912;O646 |
| 关键词 | 电解质添加剂,固体电解质界面膜,锂离子电池,混合溶剂模型 |
| 总页数： | 76 |
| 文件大小： | 3027k |
论文目录
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 锂离子电池 |
| 1.1.1 锂离子电池的发展历程 |
| 1.1.2 锂离子电池的基本原理及特点 |
| 1.2 主要负极材料 |
| 1.3 电解质溶液 |
| 1.4 固体电解质界面膜及研究现状 |
| 1.4.1 概念及其作用 |
| 1.4.2 SEI结构及其形成机理 |
| 1.5 主要研究内容和意义 |
| 第2章 计算化学理论基础和研究方法 |
| 2.1 量子化学方法 |
| 2.2 薛定谔方程 |
| 2.3 密度泛函理论 |
| 2.4 波函数及基组 |
| 2.5 模型及本文计算 |
| 第3章 不同理论方法下Li+（X）的电还原反应 |
| 3.1 意义和目的 |
| !+（X）的结合能与吉布斯自由能'> 3.2 Li!+（X）的结合能与吉布斯自由能 |
| +（X）的前线轨道分析'> 3.3 Li+（X）的前线轨道分析 |
| +(X·-)]的还原电势'> 3.4 c-[Li+(X·-)]的还原电势 |
| +（X）的活化能和速率常数'> 3.5 Li+（X）的活化能和速率常数 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 新型电解质添加物CMDO的电还原反应 |
| 4.1 意义和目的 |
| +（CMDO）'> 4.2 还原反应Li+（CMDO） |
| +（CMDO）（PC）2'> 4.3 还原反应Li+（CMDO）（PC）2 |
| +（CMDO）]（PC）n'> 4.4 杂化模型SMD+[Li+（CMDO）]（PC）n |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 氟代碳酸酯的电还原反应 |
| 5.1 意义和目的 |
| 5.2 前线轨道分析 |
| +（TFM-EC）等的吉布斯自由能'> 5.3 Li+（TFM-EC）等的吉布斯自由能 |
| +（TFM-EC）等的还原电势'> 5.4 Li+（TFM-EC）等的还原电势 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间主要科研成果 |
参考文献
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