电池电解液添加剂：3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮

介绍

3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮（OHD）具有独特的化学结构，包含一个氧杂双环骨架和两个羰基，不饱和度（DU）高于传统碳酸酯类溶剂。这种结构赋予其较高的反应活性，尤其是三元环的环张力使其易参与电极界面反应，为形成稳定的固体电解质界面（SEI）层提供了基础。

3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮

锂离子电池电解液添加剂

3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮作为一种新型电解液添加剂，主要用于改善锂离子电池界面稳定性方面。在Li₁.₁(Mn₁/₃Ni₁/₃Co₁/₃)₀.₉O₂/石墨电池体系中，3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮的添加显著提升了高温循环性能。当Gen2电解液（1.2MLiPF₆inEC:EMC=3:7）中加入0.2wt%OHD时，电池在55℃、1C倍率下循环200次后，容量保持率从纯电解液的60%提升至82%，且无明显阻抗增长；但过量添加（如1.0wt%）会导致容量保持率降至50%，并伴随阻抗急剧增加，表明3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮的用量控制极为重要。

作用机制

3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮的作用机制与其参与SEI层形成密切相关。电化学分析显示，OHD在初始充电过程中于约2.25V处发生分解，与碳酸乙烯酯（EC）的分解峰（2.83V和2.89V）形成竞争，通过调控SEI层组成减少电解液持续分解。对称电池阻抗测试证实，OHD主要影响石墨阳极界面，通过形成更稳定的SEI层抑制阻抗增长，而对正极的影响较小。

 作用路径

FTIR光谱显示，含0.2wt%3-氧杂双环[3.1.0]己烷-2,4-二酮的电池阳极表面SEI层中，羰基（C=O）和醚键（C-O）结构发生显著变化，新形成的1557cm⁻¹峰表明OHD分解产物参与了SEI构建；SEM图像显示，适量OHD可形成均匀的界面层，而过量则导致厚层堆积，加剧阻抗。密度泛函理论（DFT）计算表明，OHD还原后通过异构化生成柠康酸酐阴离子等活性物种，与EC或自身发生聚合反应，形成稳定的SEI层，这一过程在能量上具有可行性[1]。

参考文献

[1]Electrolytes; Study Results from Argonne National Laboratory Provide New Insights into Electrolytes (Molecular Engineering toward Stabilized Interface: An Electrolyte Additive for High-Performance Li-Ion Battery)[J].Journal of Engineering,2015.