鋰離子電池在許多便攜式設備中得到了應用,包括智能手機、平板電腦、電子煙、手電筒和無線工具。最近,由于環(huán)境問題,混合動力汽車和電動汽車變得越來越受歡迎;因此,設計和開發(fā)新型高性能高容量離子電池(IBs)成為迫切需要。鋰離子電池是一種復雜的多組分裝置,其中一個關鍵組分是電解質,它在離子電導率中起著至關重要的作用,因此影響鋰離子在電池中的傳輸特性(高性能和長壽命)。電解質不僅要在廣泛的溫度范圍內保持合適的離子電導率,而且要具有良好的化學穩(wěn)定性和與電極材料的相容性。
商用電池中最流行和最常用的是液體電解質,其基礎是有機溶劑(即碳酸二甲酯、碳酸二乙酯)和溶解的鋰鹽(即LiPF6)。不幸的是它們容易發(fā)生快速化學分解反應,需要通過化學添加劑(如阻燃劑、氧化還原劑和成膜添加劑)或電子控制裝置(在充放電周期中嚴格控制電流和電壓)來控制,這導致價格上漲。將液體電解質中的鋰鹽或鈉鹽混合到聚合物材料中得到的凝膠電解質是液體電解質的替代品之一。
采用雙(三氟甲基磺?;?亞胺鋰(LiTFSI)或雙(三氟甲基磺?;?亞胺鈉(NaTFSI)鹽將PAMAM半代G1.5或G2.5溶解于碳酸丙烯酯(PC)中制備聚(氨基胺)(PAMAM)基電解質。為離子電池應用而設計的溶液,從離子傳輸特性方面進行了研究。拉曼光譜顯示了溶液中LiTFSI和NaTFSI鹽的完全解離,并提供了Li+和Na+陽離子與PAMAM樹狀大分子之間強相互作用的信息。在不加PAMAM的電解質中,Li+和Na+陽離子的自擴散系數比較表明,鋰離子的自擴散系數較低,這是由于Li+與PC的相互作用強于Na+,導致鋰離子的溶劑化殼層較高。
此外,由于陽離子與PAMAM分子之間的強相互作用,鋰離子的反應速度比PC和氟離子慢。此外,Li+的自擴散系數高于PAMAM樹枝狀大分子的自擴散系數,表明Li+在PAMAM分子間存在跳躍輸運機制。此外,隨著PAMAM濃度的增加,所有電解質組分的自擴散系數值都降低,這是溶液粘度增加的結果。由自擴散系數計算的Li+陽離子輸運數隨著PAMAM濃度的增加而減小,這是由于與陽離子相互作用的位置越來越多。利用能斯特-愛因斯坦方程計算的擴散系數與阻抗譜(IS)測量的電導率進行比較,表明由PAMAM電導率引起的IS電導率略高。
文獻來源:Rafa? Konefa?*, Zuzana Morávková, Bartosz Paruzel, Vitalii Patsula,Sabina Abbrent, Kosma Szutkowski and Stefan Jurga. Polymers 2020, 12, 1595.