磺酰亚胺锂型固态聚合物电解质的合成及其电化学性能

梁金兰, 吴道欢, 邹海凤, 陈卓, 庄金亮, 程琥

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材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (7) : 174-181. DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000166
研究论文

磺酰亚胺锂型固态聚合物电解质的合成及其电化学性能

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Synthesis and electrochemical performance of lithium sulfonimide solid polymer electrolyte

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摘要

分别以4-氟苯磺酰氯和4-氰基苯磺酰氯为原料，通过磺酰化和离子交换分别合成氟代和氰基取代的磺酰亚胺锂（LiFBTFSI和LiCBTFSI），进一步通过溶液浇铸法制备两种PEO基聚合物电解质（PEO20-LiFBTFSI和PEO20-LiCBTFSI），并对其微观形貌、热稳定性及电化学性能进行表征。结果表明：在60 ℃、EO/Li+=20时，两种固态电解质的离子电导率均达到10-4 S/cm，电化学稳定窗口均大于5 V，与磷酸铁锂组装的电池均具有较高的首次放电比容量（0.1 C，≈150 mAh·g-1）。相比于氟代PEO20-LiFBTFSI固态电解质，含氰基的PEO20-LiCBTFSI固态电解质具有更优异的电化学稳定性和界面相容性，循环50次后，电池的放电比容量为137.4 mAh·g-1，容量保持率为93.0%。此外，含氰基的PEO20-LiCBTFSI固态电解质与锂金属具有良好的电化学稳定性，组装的锂对称电池在电流密度0.1 mA/cm2下稳定运行500 h而不发生短路。

Abstract

Fluorinated and cyanosubstituted lithium sulfonimide （LiFBTFSI and LiCBTFSI） are synthesized from 4-fluorobenzene sulfonyl chloride and 4-cyanobenzene sulfonyl chloride by sulfonylation and ion exchange， respectively. Two PEO based polymer electrolytes （PEO20-LiFBTFSI and PEO20-LiCBTFSI） are prepared by solution casting， and their micromorphology， thermal stability and electrochemical properties are characterized. The results show that at 60 ℃ and EO/Li+=20， the ionic conductivity of the two solid electrolyte reaches 10-4 S/cm， the electrochemical stability window is greater than 5 V， and the battery assembled with lithium iron phosphate has a high initial discharge capacity （0.1 C， ≈150 mAh·g-1）. Compared with the fluorine PEO20-LiFBTFSI solid electrolyte， the cyan-containing PEO20-LiCBTFSI solid electrolyte has better electrochemical stability and interface compatibility. After 50 cycles， the specific discharge capacity of the battery is 137.4 mAh·g-1， and the capacity retention rate is 93.0%. In addition， the cyano-containing PEO20-LiCBTFSI solid electrolyte has good electrochemical stability with lithium metal， and the assembled lithium symmetric battery operates stably at a current density of 0.1 mA/cm2 for 500 h without short circuit.

关键词

锂离子电池 / 聚合物电解质 / 锂盐 / 聚氧化乙烯

Key words

lithium-ion battery / polymer electrolyte / lithium salt / polyoxyethylene

中图分类号

TQ152

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梁金兰 , 吴道欢 , 邹海凤 , 等. 磺酰亚胺锂型固态聚合物电解质的合成及其电化学性能. 材料工程. 2025, 53(7): 174-181 https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000166
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