PAMAM樹(shù)狀大分子對碳酸丙烯基電解質(zhì)中LiTFSI和NaTFSI相互作用和運輸的影響

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(wú)線(xiàn)工具。最近，由于環(huán)境問(wèn)題，混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)變得越來(lái)越受歡迎；因此，設計和開(kāi)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(gè)關(guān)鍵組分是電解質(zhì)，它在離子電導率中起著(zhù)至關(guān)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(cháng)壽命)。電解質(zhì)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(xué)穩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(zhì)，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(xué)分解反應，需要通過(guò)化學(xué)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(lái)控制，這導致價(jià)格上漲。將液體電解質(zhì)中的鋰鹽或鈉鹽混合到聚合物材料中得到的凝膠電解質(zhì)是液體電解質(zhì)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(zhì)。為離子電池應用而設計的溶液，從離子傳輸特性方面進(jìn)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(yáng)離子與PAMAM樹(shù)狀大分子之間強相互作用的信息。在不加PAMAM的電解質(zhì)中，Li+和Na+陽(yáng)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(yáng)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(shù)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(zhù)PAMAM濃度的增加，所有電解質(zhì)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(yáng)離子輸運數隨著(zhù)PAMAM濃度的增加而減小，這是由于與陽(yáng)離子相互作用的位置越來(lái)越多。利用能斯特-愛(ài)因斯坦方程計算的擴散系數與阻抗譜(IS)測量的電導率進(jìn)行比較，表明由PAMAM電導率引起的IS電導率略高。

文獻來(lái)源：Rafa? Konefa?*, Zuzana Morávková, Bartosz Paruzel, Vitalii Patsula,Sabina Abbrent, Kosma Szutkowski and Stefan Jurga. Polymers 2020, 12, 1595.