JACS：嵌段共聚物电解质/LiTFSI混合结构

纳米技术

2021-02-22

嵌段共聚物电解质BCE（Block copolymer electrolyte），比如聚苯乙烯嵌段聚氧乙烯SEO（polystyrene-block-poly(ethylene oxide) ）能够和LiTFSI进行混合，形成机械力学坚固绝缘结构和弹性结构导电纳米区域，因此在Li电池的固体电解液中展示广泛前景。有鉴于此，芝加哥大学Paul F. Nealey等报道了对SEO-LiTFSI形成的嵌段共聚物电解质BCE中的离子溶剂化、缔合、分布和导电性和均聚合物PEO-LiTFSI进行对比，从而能够对提高导电性、传输性能过程随着浓度变化的规律进行理解。

本文要点：

（1）

在SEO-LiTFSI、PEO-LiTFSI的离子导电性进行表征过程中，发现在Li/EO比例在达到1/12的过程中，SEO-LiTFSI、PEO-LiTFSI表现出类似的导电性，该过程中达到一半的溶剂化位点都得到填充，从而导电性能够达到最高；当进一步将Li/EO的比例提高至1/5，PEO-LiTFSI中的导电性降低了3倍，但是SEO-LiTFSI导电性得以保持。

（2）

FTIR光谱结果显示，当Li/EO的比例超过1/12，额外加入的Li离子在均聚电解液中同多余的EO单元位点结合；但是在BCE中，EO中处于结合和非结合状态的比例保持定值。Raman光谱结果显示，在SEO-LiTFSI样品中的Li离子更容易与阴离子结合。

（3）

通过原子级别分子动力学模拟，进一步的展示了缔合离子趋向于分离到SEO-LiTFSI界面上。这种“多余”LiTFSI盐通过隔离在嵌段共聚物电解质BCE界面上，导致导电纳米区域中部完全溶剂化和部分溶剂化的PEO达到平衡比例，从而能够在广泛区间内实现导电性最大化。

参考文献

Daniel Sharon, Peter Bennington, Michael A. Webb, Chuting Deng, Juan J. de Pablo, Shrayesh N. Patel, and Paul F. Nealey*, Molecular Level Differences in Ionic Solvation and Transport Behavior in Ethylene Oxide-Based Homopolymer and Block Copolymer Electrolytes, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.0c12538

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12538