Syntéza a elektrochemické vlastnosti elektrolytů na bázi fosfoniových, sulfoniových a imidazoliových iontových kapalin pro použití v lithium-iontových bateriích

0573180 - ÚMCH 2024 RIV CZ cze J - Journal Article
Galajdová, Barbora - Žitka, Jan - Pavlovec, Lukáš - Trhlíková, Olga - Kredatusová, Jana - Konefal, Rafal
Syntéza a elektrochemické vlastnosti elektrolytů na bázi fosfoniových, sulfoniových a imidazoliových iontových kapalin pro použití v lithium-iontových bateriích.
[Synthesis and electrochemical properties of electrolytes based on phosphonium, sulfonium and imidazolium ionic liquids for Li-ion batteries.]
Chemické listy. Roč. 117, č. 6 (2023), s. 373-383. ISSN 0009-2770. E-ISSN 1213-7103
Institutional support: RVO:61389013
Keywords : ionic liquids * electrolyte * Li-ion battery
OECD category: Polymer science
Impact factor: 0.6, year: 2022
Method of publishing: Open access
http://www.chemicke-listy.cz/ojs3/index.php/chemicke-listy/article/view/4265

Tato práce popisuje syntézu a charakterizaci tří iontových kapalin (IL) s imidazolovými, fosfoniovými nebo sulfonio-vými kationty. Tyto IL byly použity jako prekurzor pro přípravu elektrolytů přidáním různých typů lithných solí. Tepelné a elektrochemické vlastnosti elektrolytů byly studovány za účelem posouzení jejich použitelnosti v lithium-iontových bate-riích (LIB). Ethylester kyseliny ethylmethylimidazolium fosfonové [EtMeIm]+[EtPITE]– s přídavkem Li solí vykazoval velmi nízkou vodivost přibližně 0,02 mS cm–1 a poměrně úzké okno elektrochemické stability 4,3 V. Ze všech studovaných IL vykazoval tento IL na bázi imidazolu nejhorší tepelné vlastnosti jak v čistém stavu, tak s přídavkem Li+ soli. Proto je použití tohoto IL jako elektrolytu pro LIB nepravděpodobné. Methyltributylfosfonium bis(trifluormethylsulfonyl) imid [P1444]+[TFSI]– s Li solemi měl již výrazně vyšší vodivost 0,4–0,6 mS cm–1 a vykazoval velmi široké okno elektrochemic-ké stability 7 V. TGA křivky [P1444]+[TFSI]– ukazují vynikající tepelnou stabilitu až do 300 °C. DSC měření ukázala se-mikrystalické chování [P1444]+[TFSI] – tato nepříznivá skutečnost byla překonána přídavkem Li+ solí. Potenciál tohoto IL je pro použití v LIB velmi vysoký. Při pokojové teplotě je trimethylsulfonium bis(trifluormethyl sulfonyl) imid [S111]+[TFSI]– pevný krystalický materiál, proto byl smíchán s [P1444]+[TFSI]–. Výsledná směs [P1444]+[S111]+[TFSI]– dosáhla ve srovnání s ostatními připravenými IL nejvyšších vodivostí 0,6–1,0 mS cm–1. Zajímavá je také elektrochemická stabilita, jejíž hodnota ESW je 5,5 V. Tepelné vlastnosti jsou srovnatelné s vlastnostmi [P1444]+[TFSI]–, nevykazuje však semikrystalické chování. Tato směs je slibným elektrolytem pro lithium-iontové baterie.

This work describes synthesis and characterization of three ionic liquids (IL) with imidazolium, phosphonium or sul-fonium cations. These ILs were used as precursors for the preparation of electrolytes by adding various types of lithium salts. Thermal and electrochemical properties of the electrolytes were studied to assess their feasibility for usage in lithium-ion batteries (LIB). Ethylmethylimidazolium phosphonic acid ethyl ester [EtMeIm]+[EtPITE]– with added Li salts showed very low conductivities of about 0.02 mS cm–1 and a rather narrow electrochemical stability window of 4.3 V. Of all the ILs under study, this imidazolium-based IL exhibited the worst thermal properties both neat and with additional Li+ salt. Therefore, using this IL as an electrolyte for LIB is unlikely. Methyltributylphosphonium bis(trifluoromethyl sulfonyl) imide [P1444]+[TFSI]– with Li salts had already significantly higher conductivities of 0.4–0.6 mS cm–1 and showed a very wide electrochemical stability window of 7 V. TGA curves of [P1444]+[TFSI]– show excellent thermal stability up to 300 °C. DSC measurements showed semicrystalline behaviour of [P1444]+[TFSI]– this unfavourable fact was overcome by the addi-tion of Li+ salts. Potential of this IL is very high for the use in LIB. At room temperature, trimethylsulfonium bis(trifluoromethyl sulfonyl) imide [S111]+[TFSI]– is a solid crystalline material, so it was mixed with [P1444]+[TFSI]–. The resulting mixture [P1444]+[S111]+[TFSI]– achieved the highest conductivities of 0.6–1.0 mS cm–1 in comparison to other pre-pared ILs. The electrochemical stability is also interesting, its ESW value being 5.5 V. Thermal properties are comparable to those of [P1444]+[TFSI]–, but it does not show semicrystalline behaviour. This mixture is a promising electrolyte for LIB.
Permanent Link: https://hdl.handle.net/11104/0343875