基于聚环氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)的锂电池电解液引起了人们的极大兴趣,但其应用仍受到室温离子电导率低( )、电化学稳定窗口窄(ESW)和锂离子迁移率(LTN)等因素的阻碍。
这里南开大学**, 程方毅, 张旺庆等研究了聚合物端基对甲氧基聚乙二醇(MPEG)电解质物理和电化学性能的影响。 作者合成了具有不同端基的中分子量MPEGs,包括羟基端基(MPEG-OH)、碳酸丙酯端基(MPEG-PC)、-OC3端基(MPEG-OC3)和-OCH2CF3端基(MPEG-3F),并制备了一批LitFSI MPEG复合电解质,用于锂电池的电化学对比研究。
在四种PEG基电解质中,含有三氟乙氧基端基的MPEG-3F是最高的,因为它具有最低的粘度和良好的LitFSI解离性;LTN是最高的,因为它覆盖了TFSI阴离子;由于碳氟化合物的高键能和耐高压性,ESW是最宽的。 由于MEPG350-3F电解液具有良好的电化学性能,Li||litfsi/mepg350-3f||在锂电池中循环1400 h后,发现了均匀的锂沉积表面,最后研究了以LinicomNO2(NCM523)为正极的组装LiFePO4||,litfsi/mpeg350-3f||锂电池和NCM523||litfsi/mpeg350-3f||锂电池。
图1示意图
综上所述,本文研究了四种具有不同端基的MPEG电解质的物理和电化学性质,包括羟基端基MPEG(MPEG-OH)、碳酸丙酯端基(MPEG-PC)、甲氧基端基(MPEG-OCH3)和三氟乙氧基端基(MPEG-3F)。 这些端基对LitFSI MPEG电解质的物理和电化学性质有显著影响,如锂盐的结晶、粘度、解离能力、氟的化学环境和特殊聚集体的形成、ESW、LTN以及LitFSI MPEG电解质与锂金属阴极的界面电阻等。
MPEG-OH具有与锂金属反应的活性-OH末端,但它具有MPEG-OH最高的结晶度和最低的解离锂盐,因此不适合用作电解质。 具有碳酸丙酯端基的MPEG-PC以最小的结晶度极大地抑制了MPEG结晶,但具有相对较高的界面电阻和较低的LTN,因此不适合用作高性能电解质。 具有甲氧基端基的MPEG-OCH3具有中等程度的结晶,相对较高,但LTN较低。
含有三氟乙氧基端基的MPEG-3F具有最高的粘度和良好的litFSI解离性;它具有最高的 LTN,因为它封装了 TFSI 阴离子;它具有最宽的ESW,因为它具有高键能和耐高压的碳氟化合物。 组装对称锂电池和磷酸铁锂电池与氟化MPEG-3F可延长循环寿命。 因此,本工作证明了附着在PEG主链上的端基如何影响锂金属电池中PEO基电解质的电化学性能,有望为聚合物电解质的合成和设计做出贡献。
图2电池性能
how the peg terminals affect the electrochemical properties of polymer electrolytes in lithium metal batteries,energy storage materials2023 doi: 10.1016/j.ensm.2023.103066