PAMAM树状大分子对碳酸丙烯基电解质中LiTFSI和NaTFSI相互作用和运输的影响

锂离子电池在许多便携式设备中得到了应用，包括智能手机、平板电脑、电子烟、手电筒和无线工具。最近，由于环境问题，混合动力汽车和电动汽车变得越来越受欢迎；因此，设计和开发新型高性能高容量离子电池(IBs)成为迫切需要。锂离子电池是一种复杂的多组分装置，其中一个关键组分是电解质，它在离子电导率中起着至关重要的作用，因此影响锂离子在电池中的传输特性(高性能和长寿命)。电解质不仅要在广泛的温度范围内保持合适的离子电导率，而且要具有良好的化学稳定性和与电极材料的相容性。

商用电池中最流行和最常用的是液体电解质，其基础是有机溶剂(即碳酸二甲酯、碳酸二乙酯)和溶解的锂盐(即LiPF6)。不幸的是它们容易发生快速化学分解反应，需要通过化学添加剂(如阻燃剂、氧化还原剂和成膜添加剂)或电子控制装置(在充放电周期中严格控制电流和电压)来控制，这导致价格上涨。将液体电解质中的锂盐或钠盐混合到聚合物材料中得到的凝胶电解质是液体电解质的替代品之一。

采用双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)或双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠(NaTFSI)盐将PAMAM半代G1.5或G2.5溶解于碳酸丙烯酯(PC)中制备聚(氨基胺)(PAMAM)基电解质。为离子电池应用而设计的溶液，从离子传输特性方面进行了研究。拉曼光谱显示了溶液中LiTFSI和NaTFSI盐的完全解离，并提供了Li 和Na 阳离子与PAMAM树状大分子之间强相互作用的信息。在不加PAMAM的电解质中，Li 和Na 阳离子的自扩散系数比较表明，锂离子的自扩散系数较低，这是由于Li 与PC的相互作用强于Na ，导致锂离子的溶剂化壳层较高。

此外，由于阳离子与PAMAM分子之间的强相互作用，锂离子的反应速度比PC和氟离子慢。此外，Li 的自扩散系数高于PAMAM树枝状大分子的自扩散系数，表明Li 在PAMAM分子间存在跳跃输运机制。此外，随着PAMAM浓度的增加，所有电解质组分的自扩散系数值都降低，这是溶液粘度增加的结果。由自扩散系数计算的Li 阳离子输运数随着PAMAM浓度的增加而减小，这是由于与阳离子相互作用的位置越来越多。利用能斯特-爱因斯坦方程计算的扩散系数与阻抗谱(IS)测量的电导率进行比较，表明由PAMAM电导率引起的IS电导率略高。

文献来源：Rafał Konefał*, Zuzana Morávková, Bartosz Paruzel, Vitalii Patsula,Sabina Abbrent, Kosma Szutkowski and Stefan Jurga. Polymers 2020, 12, 1595.