AEM: 疏溶剂且亲离子的羧基化聚噻吩层，用于形成富氟正极电解质界面

文章总结

当代有机混合离子 - 电子导体（OMIEC）研究的一个重点领域涉及利用其双导电特性来提升离子 / 电子转移动力学，以应用于储能领域。然而，关于 OMIEC 对锂离子电池（LIBs）中所用电解液阴离子和溶剂的响应的认识是有限的。在此，通过全面的评估和表征，首次揭示了 OMIEC—— 聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基]（P3KBT）的疏溶剂和亲离子（SP-IP）特性。P3KBT 与电解液溶剂之间的色散相互作用、极性相互作用和氢键的协同作用产生了疏溶剂特性。亲离子特性是由 P3KBT 侧链羧酸盐基团与六氟磷酸锂（LiPF6）之间的静电相互作用，以及聚噻吩主链与六氟磷酸根离子（PF6⁻）之间的可逆电化学掺杂 / 去掺杂所驱动的。当在活性材料表面涂覆一层 P3KBT 时，SP-IP 特性会促使形成富含氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li2CO3）含量有限的正极电解质界面（CEI）层，从而在 2C 倍率下将半电池的循环寿命显著提高到 1500 次以上。

图文简介

a) 羧甲基纤维素（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）和聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基]（P3KBT）聚合物的 Hansen 溶解度参数（HSP）球体，以及碳酸乙烯酯（EC）/ 碳酸二乙酯（DEC）溶剂的位置。b) 5 小时后碳酸乙烯酯（EC）/ 碳酸二乙酯（DEC）液位的示意图。c) 原始 P3KBT 的二维掠入射广角 X 射线散射（2D GIWAXS）图谱，d) 浸泡在碳酸乙烯酯（EC）/ 碳酸二乙酯（DEC）溶剂中的 P3KBT 的二维掠入射广角 X 射线散射图谱，e) 浸泡在含有 1 M 六氟磷酸锂（LiPF6）的碳酸乙烯酯（EC）/ 碳酸二乙酯（DEC）溶剂中的 P3KBT 的二维掠入射广角 X 射线散射图谱，以及 f) 面内和 g) 面外的一维线扫描图谱。h) P3KBT 薄膜在 3.5 V（相对于锂 / 锂离子（Li/Li⁺））下掺杂的原位拉曼光谱。i) P3KBT 薄膜在开路电压（OCV）和 2.2 V（相对于锂 / 锂离子（Li/Li⁺））下去掺杂的原位拉曼光谱。j) H 型电池左侧半电池（LHS）槽中溶剂 3 小时后的 19F 核磁共振（NMR）光谱。

a) 聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基] 包覆磷酸铁锂（P3KBT@LFP）颗粒的制备示意图，以及 b) P3KBT 与磷酸铁锂（LFP）之间的化学键合情况。c) 裸露的磷酸铁锂（LFP）颗粒的透射电子显微镜（TEM）图像（红色轮廓表示碳壳层），以及 d) P3KBT@LFP 颗粒的透射电子显微镜图像（在黄色和红色线条之间的区域中，P3KBT 清晰可见）。e) 磷酸铁锂（LFP）、聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基]（P3KBT）和 P3KBT@LFP 的 X 射线光电子能谱（XPS）的 O 1s 谱图，以及 f) C 1s 谱图。g) 磷酸铁锂（LFP）、聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基]（P3KBT）和 P3KBT@LFP 的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。

在这些图中，图例中的第一项表示磷酸铁锂（LFP）表面是否涂覆了聚 [3-(4 - 丁酸钾) 噻吩 - 2,5 - 二基]（P3KBT）（涂覆的标为 “P3KBT”）或未涂覆（标为 “Bare”），而第二项表示电极中使用的粘结剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）或 P3KBT）。以 a) 羧甲基纤维素（CMC）、b) 聚偏二氟乙烯（PVDF）和 c) P3KBT 为粘结剂时，P3KBT 包覆的磷酸铁锂（P3KBT@LFP）电极和裸露的磷酸铁锂（LFP）电极的倍率性能。以羧甲基纤维素（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）和 P3KBT 为粘结剂时，P3KBT@LFP 电极和裸露的 LFP 电极的循环稳定性。以 e) 羧甲基纤维素（CMC）、f) 聚偏二氟乙烯（PVDF）和 g) P3KBT 为粘结剂的循环后电池的奈奎斯特图。以 h) 羧甲基纤维素（CMC）、i) 聚偏二氟乙烯（PVDF）和 j) P3KBT 为粘结剂的电极的 X 射线光电子能谱（XPS）的 F 1s 谱图。以 k) 羧甲基纤维素（CMC）、l) 聚偏二氟乙烯（PVDF）和 m) P3KBT 为粘结剂的电极的 X 射线光电子能谱（XPS）的 C 1s 谱图。n) 疏溶剂和亲离子（SP-IP）的 P3KBT 涂层诱导形成的正极电解质界面（CEI）层的示意图。

论文信息

通讯作者： Elsa Reichmanis

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