Abstracto

En este estudio, un terpolímero pentabloque líquido iónico polimerizado conductor de iones de litio (PILPTP) se investigó como un batería electrólito (Xiamen Tmaxcn Inc.) para baterías de iones de litio. El terpolímero pentabloque ABCBA, poli (tbS-b-EP-b-MS-b-EP-b-tbS) (tbS = terc-butilestireno; EP = etileno-r-propileno; MS = 4-metilestireno), fue bromados y cuaternizados para unir covalentemente dos cationes diferentes (metilimidazolio y metilpirrolidinio) al bloque C y posteriormente intercambiados iones para formar dos PILPTP intercambiados con TFSI diferentes (MPyr-TFSI y MIm-TFSI; TFSI = bis (trifluorometano) sulfonimida). Se produjeron películas SPE transparentes, mecánicamente estables y autónomas con MPyr-TFSI y MIm-TFSI que contenían 1 M LiTFSI / líquido iónico (IL) (IL = EMIm-TFSI o PYR14-TFSI; EMIm = 1-etil-3-metilimidazolio, PYR14 = 1-butil-1-metilpirrolidinio), denominado MPyr-TFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI y MIm-TFSI + Li-TFSI / EMIm-TFSI. Ambas SPEs muestran conductividades iónicas prometedoras, estabilidades electroquímicas y estabilidades de decapado y galvanoplastia. Específicamente, el MIm-TFSI + LiTFSI / EMIm-TFSI SPE poseía una conductividad iónica de 0.1 mS cm-1 a 28° C; el MPyrTFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI SPE poseía una ventana de estabilidad electroquímica de 4,2 V frente a Li / Li + a temperatura ambiente; el MPyr-TFSI + Li-TFSI / PYR14-TFSI SPE exhibió perfiles de sobretensión de pelado y platinado estables durante 500 ciclos a 70° C. Estos resultados demuestran la viabilidad de un polímero multibloque PIL como SPE para baterías de iones de litio.

Palabras llave: polímero multibloque; Liquido ionico; batería

2. Experimental

2.1. Materiales

Sal de litio de bis (trifluorometano) sulfonimida (Li-TFSI, 99,95%) y cinta de litio (0,38 mm

× 23 mm, 99,9%) se utilizaron tal como se recibieron de Sigma-Aldrich. 1-etil-3-metilimidazolio bis (trifluorometilsulfonil) imida (EMIm-TFSI, 99%, IoLiTec) y 1-butil-1-metilpirrolidinio bis (trifluorometilsulfonil) imida (PYR14-TFSI, 99%, IoLiTec) se secaron bajo vacío dinámico durante 24 horas y almacenado en argón aspiradora guantera (Xiamen Tmaxcn Inc.) antes de usar. Papel de aluminio con revestimiento de carbono conductor (0,05 mg cm-2), casos de celda de moneda con juntas tóricas para investigación de baterías, espaciadores de acero inoxidable para celdas CR2032 (15,5 mm de diámetro× 0,5 mm de espesor, 15,5 mm de diámetro× 0,2 mm de espesor), y resortes ondulados de acero inoxidable para las cajas CR2032 se utilizaron tal como se recibieron de Xiamen TMAX Battery Equipments Limited. Se utilizaron sustratos de revestimiento de liberación Mylar PET (grado 26965, 0,0762 mm) tal como se recibieron de LOPAREX. Agua desionizada con resistividad> 18 MΩ cm se utilizó como apropiado.

2.4. Ensayos electroquímicos

Todas las celdas de prueba electroquímicas se prepararon y ensamblaron en una caja de guantes purgada con argón. (concentraciones de agua y oxígeno <5 ppm). Conductividad iónica y voltamperometría lineal. se midieron con un analizador de impedancia (Solartron 1260) y potenciostato / galvanostato (Solartron 1287), respectivamente. Se usó una celda de dos electrodos para las mediciones de conductividad iónica, donde las SPEs se interpusieron entre dos electrodos de bloqueo sólido de acero inoxidable (área de superficie = 1.2161± 0,0015 cm2) dentro de una celda Telfon sellable hecha a medida [28]. Las exploraciones de impedancia (gráficos de Nyquist) se midieron a una amplitud de 10 mV en un rango de frecuencia de 1 MHz a 1 Hz a un potencial de circuito abierto en un rango de temperatura de 28 a 105ºC.° C controlado por cinta calefactora (BriskHeat; XtremeFLEXSDC) y un controlador de temperatura digital con termopar tipo (Modelo 650, OMEGA). Las SPEs se equilibraron durante al menos 1,5 h a cada temperatura. La conductividad iónica se calculó utilizando la siguiente ecuación: = L / AR, donde L y A son el espesor y el área de la sección transversal del SPE, respectivamente; La resistencia, R, se determinó a partir de la regresión de semicírculo de la intersección x alta del gráfico de Nyquist.

La estabilidad electroquímica se determinó mediante voltamperometría de barrido lineal (LSV) con carbón conductor como electrodo de trabajo y metal de litio como contraelectrodos y electrodos de referencia. La celda de prueba

se ensambló en una caja de guantes llena de argón intercalando las películas SPE entre la cinta de litio (contraelectrodo y electrodo de referencia, 12 mm de diámetro) y el electrodo de carbono conductor (electrodo de trabajo, 12 mm de diámetro) en una celda de moneda CR2032. Gotas adicionales de 1.0 M LiTFSI / IL (80 mg) se añadieron a cada electrodo durante el montaje para mejorar el contacto entre los electrodos y SPE. Luego, las células se presionaron dos veces con un crimpadora de celda de moneda . La celda se examinó a una tasa de voltaje de 1 mV s-1 de -1 a 6 V (frente a Li / Li +) a temperatura ambiente.

La ciclabilidad y estabilidad de SPE con litio metálico se evaluó mediante un probador de batería (Xiamen Tmaxcn Inc.) por pelado y enchapado. La celda de prueba se ensambló intercalando el SPE conductor de iones de litio entre dos cintas de litio (12 mm de diámetro) usando un proceso de ensamblaje similar al descrito anteriormente. Se examinaron celdas simétricas de metal de litio / SPE / metal de litio bajo corriente constante (0,02 mA cm-2, polarización inversa cada 1 h) a 70ºC.° C controlado por una cámara de temperatura (MTC-020, MACCOR). Las exploraciones de impedancia se recopilaron con un analizador de impedancia cada décimo ciclo de polarización a una amplitud de 10 mV en un rango de frecuencia de 100 kHz a 1 Hz.