墨尔本大学李丹教授AFM：设计超分子结构实现固态聚合物电解质的高离子电导率和电化学稳定性

固态聚合物电解质（SPEs）因其成本低、重量轻、柔性强、易于放大和界面阻抗低等优点，长期以来一直被广泛应用。然而，要获得具有高Li+电导率（σ+）和高电压稳定性的SPEs，已被证明具有挑战性。

近日，墨尔本大学李丹教授、迪肯大学Fangfang Chen、悉尼科技大学Qiang Fu报告了一种可拉伸的干式固态聚合物电解质，其具有半互穿的超分子结构，由交联的聚环氧乙烷（PEO）四网络和交替共聚的聚（环氧乙烷-对苯二甲酸丁二醇酯）组成。这种独特的超分子结构抑制了Li+/PEO分子间络合物的形成，增强了PEO基电解质的氧化稳定性，因此即使在高盐负载（高达50 wt%）的情况下也能保持较高的链段运动，此外还实现了5.3 V的宽电化学稳定性窗口。

文章要点：

1.这项工作通过将交替共聚物（Poly-Active）引入tetra-PEO网络中，形成无定形、透明和可拉伸的半互穿网络，开发了一类新型固态聚合物电解质。

2. 由此产生的聚合物基体可容纳超高浓度的锂盐，最高可达50 wt%（[Li]:[EO] = 0.18），而不会明显影响Tg（←40℃）。实验和模拟研究表明，即使在电荷载流子浓度较高的情况下，tetra-PEO也能促进锂盐解离，同时抑制Li+/PEO分子间复合物的形成，从而促进Li+通过链内跳跃快速迁移。

3. 因此，半互穿tetra-PEO固态电解质（SITP）的离子电导率大于10-4S cm-1，t+大于0.5，并且在环境温度下的电化学稳定窗口大于5.3 V。这项研究表明，通过对现有聚合物网络的超分子结构进行工程设计，开发高性能固态聚合物电解质具有巨大潜力。

图1 SITP的制备和表征

图2 tetra-PEO中电荷载流子原子环境的分子动力学模拟

图3 SITP的电化学性质

图4 LiFePO4/SITP-5/Li电池在50℃下的电化学性能

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202315495

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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