固态聚(2-烷基/芳基-2-噁唑啉)电解质：结构与离子导电性的分子动力学研究

《ACS Applied Energy Materials》：Solid Poly(2-alkyl/aryl-2-oxazoline) Electrolytes: A Molecular Dynamics Study of Structure and Ionic Conductivity

本研究通过分子动力学模拟，考察了聚氧化乙烯（PEO）、聚2-乙基-2-氧杂环醇（PEOZ）、聚2-丙基-2-氧杂环醇（PPrOZ）、聚2-戊基-2-氧杂环醇（PPeOZ）和聚2-苯基-2-氧杂环醇（PPhOZ）与LiTFSI复合的固态电解质结构和离子电导率。通过Li+传输数、径向分布函数（RDF）、密度泛函理论（DFT）及配位数分析，发现PPhOZ因低结合能和低O配位展现出高Li+扩散性，而PEO因低配位数和结合能适合锂离子无序跳跃。研究为固态电解质在锂离子电池中的应用提供了理论依据。

　　

本研究采用分子动力学（MD）模拟方法，研究了5种固体聚合物电解质（SPEs）的结构和离子导电性，这5种电解质分别为聚环氧乙烷（PEO）、聚（2-乙基-2-噁唑啉）（PEOZ）、聚（2-丙基-2-噁唑啉）（PPrOZ）、聚（2-戊基-2-噁唑啉）（PPeOZ）和聚（2-苯基-2-噁唑啉）（PPhOZ），它们都与锂双（三氟甲磺酰）亚胺（LiTFSI）形成了复合物。研究分析了关键参数，包括Li⁺的传输数、径向分布函数（RDF）、密度泛函理论（DFT）、离子运动的独立性程度、均方位移（MSD）以及配位数。在所有电解质中，Li:O的比例保持在1:16，聚合物的分子量均为5 kDa。通过比较DFT计算结果和配位数数据发现，PPhOZ由于与聚合物中的氧原子结合能较低且配位数较小，因此具有较高的Li⁺扩散性。PEO的配位数和结合能也较低，这有利于Li⁺的移动而不会产生“笼效应”。这些结果表明，PPhOZ与PEO一样，由于其高效的Li–TFSI分离能力以及良好的Li–O和Li–N相互作用，是用于锂离子电池固态电解质的有希望的候选材料。