过充保护添加剂氰基功能化2,5-二叔丁基对苯二酚的合成及其在锂离子电池中的应用
Nitrile-Modified 2,5-Di-tert-butyl-hydroquinones as Redox Shuttle Overcharge Additives for Lithium-Ion Batteries
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文摘
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设计合成了单氰基功能化的2,5-二叔丁基-1-(β-氰基乙氧基)-4-甲氧基苯(RS-MCN)和双氰基功能化的2,5-二叔丁基-1,4-(β-氰基乙氧基)苯(RS-DCN),并用作氧化还原过充添加剂开展了其在锂离子电子中的应用研究。通过丙烯氰和2,5-二叔丁基对苯二酚的迈克尔加成反应可高效合成RS-MCN和RS-DCN,氰乙基取代后的过充保护添加剂分子的可逆氧化还原电位分别为4.02、4.08 V (vs Li/Li~+);并且单氰基取代的RS-MCN在商业碳酸酯电解液1 mol?L~(-1) LiPF_6/EC+DEC+EMC (1: 1: 1,体积比)中的溶解度可高达0.3 mol?L~(-1)。RSMCN和RS-DCN对LiFePO_4/Li电池的过充保护性能和电极相容性也进行了深入的研究,实验结果表明:RSMCN具有更好的过充保护性能和电极相容性,其5 V截止电压过充保护时间可超过1200 h,100%过充保护大于90周循环;0.3 mol?L~(-1) RS-MCN的添加能使100%过充的LiFePO_4/Li电池在2.5C倍率条件下正常循环,其放电比容量达153.5 mAh?g~(-1)。此外,RS-MCN的添加对LiFePO_4/Li电池在2.5-3.8 V条件下的循环性能有明显改善,添加有RS-MCN的电池在60周的循环后容量保持率高达94.4%,而商业电解液的电池在60周循环后的容量保持率降至84.3%。因此,氰基功能化RS-MCN是一类具有潜在应用前景的过充保护添加剂。 |
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其他语种文摘
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Nitrile-modified 2,5-di-tert-butyl-hydroquinones were synthesized and investigated as redox shuttle overcharge additives for LiFePO_4/Li cells. The cyanoethylation reaction was utilized to synthesize the target molecules 2,5-di-tert-butyl-1,4-di(β-cyanoethoxyl)benzene (RS-DCN) and 2,5-di-tert-butyl-1-(β-cyanoethoxyl)- 4-methoxybenzene (RS-MCN) in high efficiency from 2,5-di-tert-butyl-hydroquinone and acrylonitrile. The solubility, cyclic voltammetric measurements, 5 V overcharge test, 100% overcharge test, high rate performance under 100% overcharge conditions, and cycle performance under normal conditions were studied in detail for the electrolyte with the addition of RS-DCN or RS-MCN. The RS-MCN compounds with the asymmetric structure delivered better solubility (with max. 0.3 mol?L~(-1) in 1.0 mol?L~(-1) LiPF_6/EC+DEC+EMC, 1: 1: 1, in vol.), higher overcharge protection life (over 1200 h for the 5 V overcharge test), and excellent rate performance under 100% overcharge conditions (specific discharge capacity reached 153.5 mAh?g~(-1) at 2.5C). The addition of RS-MCN also improved the cycling performance of the LiFePO_4/Li cell under the charge-discharge voltage range of 2.5- 3.8 V. |
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来源
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物理化学学报
,2016,32(9):2293-2300 【核心库】
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DOI
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10.3866/pku.whxb201605201
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关键词
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锂离子电池
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电解液
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过充保护添加剂
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氰基
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2,5-二叔丁基对苯二酚
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地址
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中国科学院广州能源研究所, 中国科学院可再生能源重点实验室;;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室, 广州, 510640
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语种
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中文 |
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文献类型
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研究性论文 |
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ISSN
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1000-6818 |
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学科
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化学 |
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基金
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王宽成教育基金会资助项目
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广东省东莞市科技计划立项项目
;
广东省广州市科技计划项目
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广东省科技计划项目
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文献收藏号
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CSCD:5803072
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参考文献 共
34
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