Structure and lithium transport phenomena in a new tripodand-grafted polysiloxane

New polymeric host for Li+ cation-conducting polymer electrolytes has been described. Poly(methyl(2-tris(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)silyl)ethyl)siloxane) trimethylsilyl terminated, average molecuar weight 19 100, has been synthesized by catalytic hydrosilylation reaction between a polysiloxane and appropriate vinyl-functionalized tripodand-type silane. On the basis of the obtained macromolecule a flexible polymer electrolyte membrane has been prepared by dissolving appropriate amount of lithium salt (LiPF6) in the polymer matrix. Relation between the molecular structure and lithium cation conduction mechanism has been studied and discussed in terms of temperature dependence of specific conductivity and lithium cation transport number. The issue of decoupling of cationic mobility from polymer segmental motions has been addressed and discussed on the basis of solid state 7Li NMR measurements.

---

Zbadano właściwości zsyntetyzowanego nowego typu polimerowego elektrolitu z mechanizmem przewodzenia opartym na kationach litu. Na drodze katalitycznej hydrosililacji, przy użyciu polisiloksanu i trójpodandu krzemowego z grupą winylową otrzymano poli(2-tris(2-(2-metoksyetoksy)etyloksy)sililoetylo)metylosiloksan o średnim ciężarze cząsteczkowym 19 100. W wyniku rozpuszczenia w wytworzonej matrycy polimerowej soli litu (LiPF6) uzyskano elastyczne membrany elektrolitowe. Określano zależność właściwości elektrochemicznych oraz mechanizmu przewodnictwa jonowego od struktury kompleksu polimer-sól litu. Na podstawie pomiarów 7Li NMR rozważono problem braku sprzężenia dynamiki łańcucha polimerowego i dynamiki kationu litu. Struktura molekularna zsyntezowanego związku zawiera centra trójpodandowe przyłączone do polisiloksanowego łańcucha głównego (rys. 1). Polimer wykazuje strukturę amorficzną ze słabo zaznaczoną przemianą szklistą w temperaturze z zakresu 10-20 °C (rys. 2, 3). Zależność logarytmu przewodnictwa od odwrotności temperatury, wyznaczona dla kompleksu polimer-sól litu, ma przebieg prostoliniowy, co sugeruje nietypowy dla polieterowych elektrolitów polimerowych mechanizm przewodnictwa, oraz brak sprzężenia pomiędzy ruchami termicznymi segmentów polimerowych a transportem jonowym (rys. 4). Liczba przenoszenia kationu litu jest stosunkowo duża, co wskazuje na znaczną ruchliwość kationu Li+ (rys. 5). W celu dokładniejszej oceny dynamiki kationu wykonano 7Li NMR uzyskanego kompleksu w szerokim zakresie temperatury i określono zależność szerokości piku od temperatury (rys. 6). Zależność ta nie wykazuje charakterystycznego przegięcia w temperaturze przemiany szklistej, co potwierdza przypuszczenie o braku sprzężenia dynamiki polimeru z dynamiką kationu. Ponadto zaobserwowano rozszczepienie piku NMR poniżej temperatury ok. -30 °C, co przypisano dwóm odmiennym koordynacjom kationu przez eterowe atomy tlenu. Badania pozwoliły na zaproponowanie nowego typu mechanizmu transportu litu w polimerze, charakterystycznego dla obecności zorganizowanych centrów podandowych (rys. 7, schemat A). Otrzymany polimer jest interesującym przykładem przewodzącej matrycy dla kationów i może stanowić podstawę do wytwarzania wysokoprzewodzących elektrolitów polimerowych do akumulatorów litowych.