Абстрактный

В этом исследовании пентаблочный тройной сополимер ионной жидкости, полимеризованный с ионной ионной литией (PILPTP), был исследован как аккумулятор электролит (Сямэнь Tmaxcn Inc.) для литий-ионных аккумуляторов. Пентаблочный тройной сополимер ABCBA, поли (tbS-b-EP-b-MS-b-EP-b-tbS) (tbS = трет-бутилстирол; EP = этилен-r-пропилен; MS = 4-метилстирол), был бромированный и кватернизованный для ковалентного присоединения двух разных катионов (метилимидазолий и метилпирролидиний) к блоку C и последующий ионный обмен с образованием двух разных PILPTP с обменом TFSI (MPyr-TFSI и MIm-TFSI; TFSI = бис (трифторметан) сульфонимид). Свободно стоящие, механически стабильные, прозрачные пленки SPE были получены с использованием MPyr-TFSI и MIm-TFSI, содержащих 1 M LiTFSI / ионную жидкость (IL) (IL = EMIm-TFSI или PYR14-TFSI; EMIm = 1-этил-3-метилимидазолий, PYR14 = 1-бутил-1-метилпирролидиний), обозначаемый как MPyr-TFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI и MIm-TFSI + Li-TFSI / EMIm-TFSI. Оба SPE демонстрируют многообещающую ионную проводимость, электрохимическую стабильность, а также устойчивость к зачистке и покрытию. В частности, MIm-TFSI + LiTFSI / EMIm-TFSI SPE обладал ионной проводимостью 0,1 мСм см-1 при 28° C; SPE MPyrTFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI обладал окном электрохимической стабильности 4,2 В относительно Li / Li + при комнатной температуре; MPyr-TFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI SPE продемонстрировал стабильные профили перенапряжения для снятия изоляции и металлизации более 500 циклов при 70° C. Эти результаты демонстрируют возможность использования многоблочного полимера PIL в качестве SPE для литий-ионных батарей.

Ключевые слова: многоблочный полимер; ионная жидкость; аккумулятор

2. Экспериментальный

2.1. Материалы

Бис (трифторметан) сульфонимид литиевая соль (Li-TFSI, 99,95%) и литиевая лента (0,38 мм

× 23 мм, 99,9%) были использованы в том виде, в каком они были получены от Sigma-Aldrich. Бис (трифторметилсульфонил) имид 1-этил-3-метилимидазолия (EMIm-TFSI, 99%, IoLiTec) и бис (трифторметилсульфонил) имид 1-бутил-1-метилпирролидиния (PYR14-TFSI, 99% вакуума, IoLiTe) сушили в динамическом режиме. в течение 24 часов и хранится в наполненных аргоном вакуум бардачок (Сямэнь Tmaxcn Inc.) перед использованием. Проводящая алюминиевая фольга с углеродным покрытием (0,05 мг / см2), футляры для монет с уплотнительными кольцами для исследования батарей, прокладки из нержавеющей стали для элементов CR2032 (диаметр 15,5 мм× Толщина 0,5 мм, диаметр 15,5 мм× 0,2 мм), и волновые пружины из нержавеющей стали для корпусов CR2032 были использованы в том виде, в каком они были получены от Xiamen TMAX Battery Equipments Limited. Использовали отделяемые подложки из полиэтилентерефталата из майлара (марка 26965, 0,0762 мм), полученные от LOPAREX. Деионизированная вода с удельным сопротивлением> 18 MΩ см. использовалось по мере необходимости.

2.4. Электрохимические испытания

Все электрохимические испытательные ячейки были подготовлены и собраны в перчаточном боксе, продуваемом аргоном. (концентрация воды и кислорода <5 ppm). Ионная проводимость и линейная вольтамперометрия были измерены с помощью анализатора импеданса (Solartron 1260) и потенциостата / гальваностата (Solartron 1287) соответственно. Двухэлектродная ячейка использовалась для измерений ионной проводимости, где SPE были зажаты между двумя твердыми блокирующими электродами из нержавеющей стали (площадь поверхности = 1,2161± 0,0015 см2) в герметичной ячейке Telfon, изготовленной по индивидуальному заказу [28]. Сканирование импеданса (графики Найквиста) было измерено при амплитуде 10 мВ в диапазоне частот от 1 МГц до 1 Гц при потенциале холостого хода в диапазоне температур от 28 до 105.° C контролируется нагревательной лентой (BriskHeat; XtremeFLEXSDC) и цифровым регулятором температуры с тип термопары (модель 650, OMEGA). SPE уравновешивали не менее 1,5 ч при каждой температуре. Ионная проводимость рассчитывалась с использованием следующего уравнения: = L / AR, где L и A - толщина и площадь поперечного сечения SPE, соответственно; Сопротивление, R, определяли по полукруглой регрессии с высокой точкой пересечения по оси x из графика Найквиста.

Электрохимическую стабильность определяли с помощью линейной вольтамперометрии (LSV) с проводящим углеродом в качестве рабочего электрода и металлическим литием в качестве противоэлектродов и электродов сравнения. Тестовая ячейка

была собрана в наполненном аргоном перчаточном боксе путем размещения пленок SPE между литиевой лентой (противоэлектрод и электрод сравнения, диаметр 12 мм) и проводящим углеродным электродом (рабочий электрод, диаметр 12 мм) в монетном элементе CR2032. Дополнительные капли 1,0 M LiTFSI / IL (80 мг) добавляли к каждому электроду во время сборки для улучшения контакта между электродами и SPE. Затем клетки дважды нажимали с помощью электрического щипцы для монет . Ячейку исследовали при скорости напряжения 1 мВ / с от -1 до 6 В (относительно Li / Li +) при температуре окружающей среды.

Цикличность и стабильность ТФЭ с металлическим литием оценивали с использованием аккумулятор тестер (Сямэнь Tmaxcn Inc.) путем снятия изоляции и покрытия. Испытательная ячейка была собрана путем помещения литий-ионно-проводящего ТФЭ между двумя литиевыми лентами (диаметром 12 мм) с использованием аналогичного процесса сборки, как описано выше. Симметричные элементы металлический литий / ТФЭ / металлический литий исследовали при постоянном токе (0,02 мА см-2, обратная поляризация каждые 1 час) при 70° C контролируется температурной камерой (MTC-020, MACCOR). Сканирование импеданса проводилось анализатором импеданса каждый 10-й цикл поляризации при амплитуде 10 мВ в диапазоне частот от 100 кГц до 1 Гц.