聚环氧乙烷和聚碳酸丙烯酯共混聚合物电解质结构和性能的理论研究

摘要：

本文采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d,p)水平上对聚环氧乙烷(PEO)和聚碳酸丙烯酯(PPC)共混聚合物与锂离子的配位环境、电解质的电化学稳定性进行了理论研究.获得了锂离子的四配位稳定结构,PEO及PPC链中均有2个O原子参与配位.模拟的红外光谱显示,锂盐与PEO中的醚O原子和PPC中的羰基O原子均存在相互作用,表明2条聚合物链共同参与配位,该结构解释了共混体系中聚合物与锂盐的相互作用机制.体系的前线分子轨道显示,共混聚合物电解质较单一体系具有较好的氧化还原稳定性.锂盐阴离子(TFSI-)和溶剂化效应对配位结构和前线分子轨道有影响,在溶剂乙腈的作用下,锂盐与PPC中的1个羰基O原子以及PEO中的2个醚O原子相互作用.共混聚合物与锂盐的相互作用比单链体系更强,共混聚合物电解质可形成一系列能量相近的结构,它们之间的变换有利于锂离子在电解质中的移动,导致电解质具有更高的锂离子迁移数.PPC的加入促进了共混聚合物链的迁移,从而提高了电解质的离子电导率.共混体系的理论电化学窗口与实验报道的数据相一致.尽管在共混体系的还原过程中锂盐结构发生了变化,降低了电解质的还原稳定性,但仍获得了比PEO更宽的电化学窗口,共混体系比PEO更适合作为高电压电解质材料.该研究有助于了解共混聚合物电解质的结构及氧化还原性质,为进一步设计和制备其他共混聚合物电解质提供了理论基础.

关键词：共混聚合物电解质、分子结构、前线分子轨道、红外光谱、氧化还原电位

所属期刊栏目：38

分类号：O641(物理化学（理论化学）、化学物理学)

资助基金：吉林省科技厅科技发展计划重点项目20190302130GX

在线出版日期：2022-11-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：433-440