固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPEs)因其安全性、穩(wěn)定性和可塑性強(qiáng)，非常適合鋰離子電池的大規(guī)模生產(chǎn)，所以受到越來越多的關(guān)注。其中，機(jī)械性能和導(dǎo)電性是評估SPEs性能的兩大重要指標(biāo)。高的機(jī)械強(qiáng)度能夠**鋰枝晶的生長，降低鋰電池的安全隱患。而導(dǎo)電率高則能直接提升鋰電池的性能。但目前看來，高的機(jī)械強(qiáng)度和高的導(dǎo)電率是難以兼得的。高的機(jī)械強(qiáng)度需要聚合物的結(jié)晶度高，具有高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，而高的導(dǎo)電率則要求聚合物是非晶，玻璃轉(zhuǎn)變溫度低，能夠參與離子運(yùn)輸?shù)挠坞x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(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率，而不是犧牲其中一個成就另一個。

基于此，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的麥亦勇教授和周永豐教授研制出了聚離子液體基復(fù)合固體聚合物電解質(zhì)材料(PPaB-MT)，試圖使得到高機(jī)械強(qiáng)度和高離子導(dǎo)電率的固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

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(huán)氧點(diǎn)擊反應(yīng)合成交替共聚物PPaB；（ii）將PPaB上的部分羥基轉(zhuǎn)變?yōu)榧妆交撬狨�，縮寫為PPaB-OTs；（iii）將1-甲基咪唑嫁接到PPaB，實(shí)現(xiàn)交替聚合物的離子液體化,其中甲苯磺基轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x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(jī)械性能和電化學(xué)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(jī)械強(qiáng)度和離子導(dǎo)電率。不同PIL含量（0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%）的PPaB-MT的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、楊氏模量和**承載強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性以及離子導(dǎo)電率的變化，如圖2所示。隨著PIL含量的增加，PPaB-MT的導(dǎo)電率逐漸上升，而且溫度越高電導(dǎo)率越高，與此同時楊氏模量和**承載強(qiáng)度出現(xiàn)小幅下降。當(dāng)PIL含量為50%時，PPaB-MT具有更高的離子導(dǎo)電率以及較高的機(jī)械強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度和離子導(dǎo)電率的機(jī)理進(jìn)行了探究。研究結(jié)果表明，該性能歸因于交聯(lián)聚合物的納米分相結(jié)構(gòu)。交聯(lián)聚合物提供了高的機(jī)械強(qiáng)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(dǎo)電率。

總而言之，本文優(yōu)先展示了利用離子化交替共聚物結(jié)構(gòu)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