ACS Cent. Sci.：具有超离子导体锂传输的聚合物两性离子固体电解质设计

Nanoyu

2022-01-09

电解液−电极界面的不稳定性，导致循环稳定性差，以及与高能量密度的锂金属负极相关的安全问题，这无疑阻碍了耐用和高能量密度锂离子电池的发展。固体聚合物电解质（SPE）可以缓解这些问题，然而，SPE的导电性受到缓慢的聚合物链段动力学的限制。

基于此，为了应对这些挑战，加州大学圣巴巴拉分校Rachel A. Segalman报道了提出了半晶态两性离子(ZI)SPE材料。它们设计的关键是锂的传输与基质的流动性解耦。这种解耦提供了类似于无机固态电解质的优越性能，而聚合物基质则提供了类似于传统聚合物电解质的加工性和延展性。

文章要点

1）研究发现，由锂和骨架离子之间的弱相互作用引起的，连接在骨架上的大量阳离子和阴离子基团实现了锂的快速传输。

2）研究人员进一步假设，PZIL的锂离子和组成离子之间的尺寸差异为Li⁺的超离子输运创造了足够的自由空间。

3）这种聚合物电解质的电化学测定的离子电导率与最先进的聚合物离子导体(σ≈1.6 mS/cm)相当，尽管其T_g值适中（T_g≈270−300 K）。值得注意的是，⁷Li固体核磁共振(NMR)测量表明，存在与不同迁移率相关的多个锂环境，表明在晶体域中存在加速的电导模式。研究人员根据脉冲场梯度核磁共振(PFGNMR)得到的⁷Li和¹⁹F NMR自扩散系数，计算出锂的输运数为0.67，明显大于PEO（t₊≈0.2）的相应值。

这些结果突出了聚合物两性离子液体(PZIL)作为新型导电聚合物固体电解质设计平台的潜力。

参考文献

Seamus D. Jones, et al, Design of Polymeric Zwitterionic Solid Electrolytes with Superionic Lithium Transport, ACS Cent. Sci., 2022

DOI: 10.1021/acscentsci.1c01260

https://doi.org/10.1021/acscentsci.1c01260