[论文解读] Effect of lithium bis(oxalato)borate on the Structural, microstructural and electrochemical properties of blend solid polymer electrolyte

Anil Arya, Mohd Sadiq+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2018

Advanced Battery Materials and Technologies参考文献 45被引用 4

一句话总结

本研究探讨了掺杂锂双草酸硼酸盐（LiBOB）的PEO/PVP混合固态聚合物电解质，结果表明LiBOB通过增加非晶态含量并促进离子传输，显著提升离子电导率。优化后的体系在100 °C时电导率达约0.65 mS cm⁻¹，锂离子迁移数接近1（~0.99），表明其具有高度离子特性，具备应用于固态电池的潜力。

ABSTRACT

Blend solid polymer electrolyte based on PEO, PVP complexed with lithium LiBOB were synthesized by solution cast technique and impact of LiBOB on the morphology, structure, and electrochemical properties is examined. The XRD and FESEM analysis reveals the enhancement of amorphous content on salt addition. The FTIR spectroscopy evidences the complex formation. The ionic conductivity for optimized system was two order higher than salt free system, i.e. ~0.5x10-5 S cm-1 (@RT) and increases to ~0.65 mS cm-1 (@100 oC) for O/Li=16 and temperature dependent conductivity follows Arrhenius nature. The high tion (~0.99) evidences the ionic nature of complexed electrolyte. DSC analysis evidences the suppression of crystallinity and shift of glass & melting temperature toward lower temperature implies the enhancement of amorphous content. Finally, an interaction mechanism is proposed for exploring the ion transport mechanism. The present electrolyte system can be a potential candidate for application in solid-state batteries

研究动机与目标

• 开发一种基于PEO和PVP的高性能混合固态聚合物电解质，用于固态电池应用。
• 研究锂双草酸硼酸盐（LiBOB）对聚合物混合物结构、微观结构及电化学性能的影响。
• 通过盐掺杂提高离子电导率并抑制聚合物基体中的结晶性。
• 理解LiBOB掺杂电解质体系中的离子传输机理。
• 评估优化后电解质在实际固态电池应用中的潜力。

提出的方法

• 采用溶液浇铸法合成PEO/PVP-LiBOB混合固态聚合物电解质。
• 利用X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析结晶度和微观结构。
• 通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认Li⁺与聚合物链之间的络合反应。
• 利用电化学阻抗谱测量离子电导率，并采用阿伦尼乌斯方程分析其温度依赖性行为。
• 通过差示扫描量热法（DSC）评估玻璃化转变温度和熔融温度的变化。
• 计算锂离子迁移数（tLi⁺），以确认导电过程的离子本质。

实验结果

研究问题

• RQ1 LiBOB掺杂如何影响PEO/PVP混合电解质的非晶态含量和微观结构？
• RQ2 FTIR光谱揭示的LiBOB掺杂体系中，离子-聚合物相互作用的程度如何？
• RQ3 LiBOB如何影响电解质的离子电导率及其温度依赖性？
• RQ4 LiBOB在多大程度上抑制了结晶性，并改变了聚合物基体的热转变行为（Tg和Tm）？
• RQ5 锂离子迁移数为多少？它对主导导电机制有何指示意义？

主要发现

• LiBOB掺杂显著提高了非晶态含量，XRD和FESEM结果证实，有效降低了PEO/PVP基体中的结晶度。
• FTIR光谱证实，LiBOB与PEO和PVP的醚氧原子之间形成了Li⁺配位络合物。
• 优化体系（O/Li = 16）在100 °C时的离子电导率达约0.65 mS cm⁻¹，较无盐体系提高了两个数量级。
• 温度依赖性电导率符合阿伦尼乌斯定律，表明离子传输为热激活过程。
• 锂离子迁移数（tLi⁺）约为0.99，证实离子传输主要为离子性机制。
• DSC分析显示玻璃化转变温度（Tg）和熔融温度（Tm）均下降，进一步支持非晶态含量提高及离子迁移率增强。