常规碳酸酯基高电压电解液的介绍及锂离子电池高电压电解液的研究进展

　　理论计算与分子设计

　　用理论计算的方法来设计锂离子电池高电压电解液已经引起许多研究者的重视，它既可以对实验结果进行解释，又能对功能分子的一些化学性质进行预测，为研究工作提供可靠的指导性。

　　根据前线轨道理论，在分子中，HOMO 上电子能量最高所受束缚最小，所以最活泼，容易变动；而 LUMO 在所有的未占轨道中能量最低，最容易接受电子。分子的最高占据轨道对应于分子的氧化电位，分子的最低空轨道对应于分子的还原电位。一般认为，分子的最高占据轨道（HOMO）能量越低，其抗氧化性越好；而分子的最低空轨道（LUMO）能量越高，其耐还原性越好［4］。对于高电压电解液而言，电解液组分的 HOMO 能量越低越好。CHOI 等［5］认为 HOMO 值低于－11 eV 的组分，其氧化电位一般高于 5 V。表 1 和表 2 给出了部分碳酸酯和砜类溶剂的 HOMO 能量和氧化电位计算值［6-7］。可见，从理论上讲，环状碳酸酯比链状碳酸酯的抗氧化性好，都能够满足 5 V 高电压电池的需求。但在实际锂离子电池体系中，BF4 －和 PF6 －等电解质锂盐阴离子在电解液中会产生 HF 或发生氟离子向溶剂分子转移反应［8］；同时，介电常数较高的溶剂（如 EC）还会与 PF6 －络合，然后快速到达正极表面而优先被氧化［9］，这些反应都会严重降低溶剂分子的氧化稳定性，使得含有 BF4 －和 / 或 PF6 －的实际电解液体系的氧化稳定性要低于理论计算值。值得注意的是，氧化电位越高的溶剂分子与金属锂的反应活性越高［10］，增加了其在锂负极上的不稳定性，因此，高电压电解液

　　溶剂与负极的相容性值得关注。功能性添加剂的使用是改善电极与电解液的相容性、提高电池性能最经济和最有效的方法［11］。

　　常规碳酸酯基高电压电解液
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