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锂离子二次电池具有能量密度大、电压高、放电电压平稳、工作温度范围宽、低温性能好、寿命长等优点,是一种安全、无环境公害的理想能源。
目前,六氟磷酸锂是锂离子二次电池电解液锂盐的主要用盐。一般是将它溶解在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)混合溶剂中使用。六氟磷酸锂极易潮解,不能长期保存。工业化生产时由于高压操作,容易发生爆炸、毒气泄漏和人员中毒等事故。氟烷基膦酸锂是近年来国际上锂离子二次电池含氟电解质锂盐研究最新开发的产品。氟烷基膦酸锂的电导率和氧化分解电位和六氟磷酸锂接近,热稳定性、抗水性和生产安全性方面均优于六氟磷酸锂,所以对氟烷基膦酸锂的研究开发不仅可以填补国内对氟烷基膦酸锂研究的空白,而且有广阔的应用前景和商业价值。
本论文主要研究了氯代二异丙基膦和氟化二异丙基膦酸锂的制备工艺以及氟化二异丙基膦酸锂作为锂二次电池电解质锂盐的性质。
本论文分为两部分。第一部分:合成氯代二异丙基膦。镁与氯代异丙烷反应合成异丙基氯化镁,异丙基氯化镁与三氯化磷合成氯代二异丙基膦,通过正交实验确定合成氯代二异丙基膦的最佳反应条件。得到合成氯代二异丙基膦的最佳反应条件为:反应温度:-30℃~-35℃;滴加时间:1.25h;物料配比:PCl3:i-C3H7Cl=1:1.8(物质的量之比)。氯代二异丙基膦收率为71.25%。其中影响因子以物料配比为最大,其次是反应温度和滴加时间。
第二部分是西蒙斯电化学氟化氯代二异丙基膦合成氟化二异丙基膦酸,氟化二异丙基膦酸与氟化锂在有机溶剂中生成氟化二异丙基膦酸锂电解液。采用圆桶式电解槽,以镍为阳极和阴极,电解温度在0~-5℃左右,电解槽电压为4.7~5.3V,电流密度为0.15~0.35A/dm2,电解氯代二异丙基膦得到氟化二异丙基膦酸。氟化二异丙基膦酸与氟化锂在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)混合溶剂中反应得到氟化二异丙基膦酸锂溶液,此溶液过滤可直接作为锂离子二次电池电解液。研究该电解液作为锂离子二次电池电解液的电化学性质。
氟化二异丙基膦酸锂电解液合成工艺简单,生产成本较低。该电解液有较高的氧化分解电位和电导率,有很好的抗水性能。用该电解液制备的模拟电池有较好的化学稳定性和循环稳定性。