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

摘要

设计合成了单氰基功能化的2,5-二二叔丁基-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 LiPF6/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LiFePO4/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5V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LiFePO4/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LiFePO4/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.