【摘要】 通过计算机辅助设计新型[VAIM][TFSA]离子液体电解质，有效控制锂离子电池HF和水分含量。实验数据证实可降低30天H₂O增量至3ppm，HF含量稳定低于40ppm，满足电池级电解液行业标准。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为新一代锂离子电池阳极材料，凭借1.5V稳定电压平台和优异循环性能备受关注。但实际应用中存在锂离子扩散系数低、固体电解质界面(SEI)形成缓慢等问题，易导致电解液分解产生有害物质。本文将解析如何通过计算机辅助设计新型离子液体电解质，有效控制HF和水分含量，提升电池综合性能。

 

技术突破：CAILD算法筛选离子液体

研究团队采用计算机辅助离子液体设计(CAILD)技术，从百万级候选化合物中精准锁定[VAIM][TFSA]离子液体（图1）。该物质含乙烯基和酰胺基团，能有效抑制电解液变质反应：

10LiPF₆ → LiF + 5PF₅
PF₅ + H₂O → POF₃ + 2HF

图1 二步法合成IL [VAIM][TFSA]。

 

实验验证：双指标管控电解液品质

通过系统测试不同浓度添加剂效果，确立关键质量控制标准：

  • 水分控制：初始含水量≤9ppm，月增幅＜5ppm
  • HF抑制：存储30天含量＜40ppm

添加剂含量

初始H₂O(ppm)

30天后H₂O

HF峰值

0%

8.98

25.56

82ppm

3%

8.38

11.18

31ppm

 

作用机理解析

[VAIM][TFSA]通过双重机制提升电解液稳定性：

1.碱性基团中和酸性物质

2.形成保护膜抑制副反应

3.降低纳米颗粒表面水吸附

 

产业化应用前景

满足商业电解液核心标准：

  • 水分含量＜15ppm（国标GB/T 33897-2017）
  • HF含量＜50ppm（行业规范SJ/T 11701-2018）
    实验证明添加1%该离子液体即可使电解液保质期延长3倍以上。

 

参考文献：[1] J. Phys. Chem. C 2022, 126, 11498−11509

 

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