固態聚合物電解質(SPEs)因其安全性、穩定性和可塑性強，非常適合鋰離子電池的大規模生產，所以受到越來越多的關注。其中，機械性能和導電性是評估SPEs性能的兩大重要指標。高的機械強度能夠**鋰枝晶的生長，降低鋰電池的安全隱患。而導電率高則能直接提升鋰電池的性能。但目前看來，高的機械強度和高的導電率是難以兼得的。高的機械強度需要聚合物的結晶度高，具有高的玻璃轉變溫度，而高的導電率則要求聚合物是非晶，玻璃轉變溫度低，能夠參與離子運輸的游離聚合物段多。所以，迫切需要尋求新的方法，以同時獲得高的機械強度和離子電導率，而不是犧牲其中一個成就另一個。

基于此，上海交通大學化學化工學院金屬基復合材料國家重點實驗室的麥亦勇教授和周永豐教授研制出了聚離子液體基復合固體聚合物電解質材料(PPaB-MT)，試圖使得到高機械強度和高離子導電率的固態聚合物電解質。

圖1. 聚離子液體(PPaB-MT)的合成路徑

（圖片來源：Chem. Commun.）

文章先介紹了PPaB-MT的合成方法（圖1），共分為四步：（i）硫醇環氧點擊反應合成交替共聚物PPaB；（ii）將PPaB上的部分羥基轉變為甲苯磺酸酯，縮寫為PPaB-OTs；（iii）將1-甲基咪唑嫁接到PPaB，實現交替聚合物的離子液體化,其中甲苯磺基轉變為陰離子OTs^-；（iv）利用離子交換法，用雙(三氟甲磺酰)亞胺陰離子(TFSI^-)交換OTs^-。

圖2. PPaB-MT/PVDFHFP/LiTFSI膜的機械性能和電化學性能表征

（圖片來源：Chem. Commun.）

文章研究了不同聚離子液體(PIL)含量的PPaB-MT的機械強度和離子導電率。不同PIL含量（0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%）的PPaB-MT的應力-應變曲線、楊氏模量和**承載強度、熱穩定性以及離子導電率的變化，如圖2所示。隨著PIL含量的增加，PPaB-MT的導電率逐漸上升，而且溫度越高電導率越高，與此同時楊氏模量和**承載強度出現小幅下降。當PIL含量為50%時，PPaB-MT具有更高的離子導電率以及較高的機械強度。

圖3. PPaB-MT/PVDFHFP/LiTFSI膜的TEM照片和納米分相示意圖

（圖片來源：Chem. Commun.）

文章對于PPaB-MT能夠同時獲得較高的機械強度和離子導電率的機理進行了探究。研究結果表明，該性能歸因于交聯聚合物的納米分相結構。交聯聚合物提供了高的機械強度，而在兩相界面的TFSI^-陰離子能夠快速移動，從而提供高的離子導電率。

總而言之，本文優先展示了利用離子化交替共聚物結構在聚合物混合物中制備具有納米分相的高性能SPEs的策略。

原文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cc/d0cc03281f

原文作者：

Meng Zhang, Quan Zuo, Lei Wang, Songrui Yu, Yiyong Mai and Yongfeng Zhou

DOI: 10.1039/D0CC03281F