背景
深共晶电解质(DEES)以其成本低、制备简单、环境友好等独特的性能逐渐引起人们的研究兴趣,深共晶电解质(DEES)是深共晶溶剂(DESS)的一个分支。通常,DESS是由Lewis或Brønsted酸和碱的共晶混合物制备的。当不同组分之间的分子间相互作用大于各组分的分子间相互作用时,就会出现深共晶现象。
作为一个重要的研究方向,基于锂盐的DEES最近在电池方面取得了一些进展,但对它们的配位几何和形成机理的研究还不够充分,合适的材料种类还很少。基于锂盐(如LiTFSI、LiPF6和LiNO3)的DEE通常是通过添加酯、酰胺或磺酰胺等温和加热制备的,Li+离子通过Li···O相互作用从锂盐中解离出来。这种分子间相互作用,有时伴随着氢键,导致了深共晶现象。其中,Li···O相互作用作为其中的关键成分,几乎主导了所有的DEE,限制了DEE的多样性。化学空间和物质成分。
郑州大学Yongzhu Fu 课题组研究了一种新的共晶电解质2,2‘-联吡啶二硫化物(DpyDS)/ LiTFSI。其中, Li···N相互作用与Li···O相互作用具有相似的机理,也可以诱导DpyDS和LiTFSI之间的深度共晶效应。在该体系中,DpyDS的吡啶基团起Lewis碱的作用,Li+离子起Lewis酸的作用。拉曼光谱和密度泛函理论(DFT)计算表明,DpyDS中的N原子优先与Li+配位,从而从LiTFSI中释放出Li+离子。此外,这种新型的DIE具有不可燃性。
图文解析 总结
通过DpyDS和LiTFSI之间的Li···N相互作用,开发了一类新的DES。Li+和N原子之间强烈的离子-偶极相互作用触发了深共晶效应。拉曼光谱和密度泛函计算表明,DpyDS中的N原子优先与LiTFSI中的Li+配位,从而释放出LiTFSI中的Li+离子。当DpyDS:LiTFSI=4:1时,DYDS:LiTFSI的电化学稳定窗口为2.1~4.0V(对Li/ Li+),50℃下的离子电导率为1.5×10-4 S cm-1。此外,DIE的低成本和不可燃特性使其成为大规模使用的一个非常有吸引力的选择。在Li/LiFePO4半电池中使用时,50℃下5次循环的库仑效率大于98%,可逆容量为130mAh g-1。尽管该电池的性能仍有提高的空间,但这表明基于Li···N相互作用的DEES在官能团设计、锂盐的选择、合适的稀释剂的添加等进一步优化后,有可能成为一类新的锂电池电解质。