聚合物电解质是常见的固态电解质之一,其通常比氧化物、硫化物等固态电解质有更优异的柔韧性、易于制备、更易形成紧密的电极/电解质界面。遗憾的是,聚合物电解质一般离子电导率偏低,稳定电位窗口不够宽,机械强度和热稳定性也均有待进一步提高。将填料引入到聚合物电解质中形成复合聚合物电解质,填料表面的羟基及其它特征官能团、氧空位等可提供路易斯酸位与聚合物链上的路易斯碱位或锂盐形成相互作用,从而改变聚合物的结晶度、增加自由锂离子浓度、改善聚合物稳定性、增强聚合物的机械模量等,有望解决以上离子电导率低等关键问题;近年来,此领域的研究取得了重要的进展。
图1: 复合聚合物电解质研究进展概况示意图
首先,文章简要介绍了常见的3类填料,主要包括:1)非活性填料SiO2, Al2O3, Mo2C等;2)活性填料Li0.33La0.557TiO3 (LLTO), Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 (LLZTO)等;3)新型功能性填料氧化石墨烯GO、金属有机框架材料MOF、h-BN、二维黏土等。上述填料增强锂离子电导率通常存在4种可能的机理:1)与聚合物链形成相互作用以降低玻璃化转变温度Tg,同时减小聚合物的结晶度、增强聚合物链段的蠕变能力;2)与锂盐相互作用以促进锂盐的解离、增加自由锂离子的浓度;3)通过表面官能团与锂离子和聚合物配位,以减弱锂离子与聚合物的相互作用、降低锂离子传输的能垒;4)通过填料-聚合物界面相或者活性填料的充分逾渗形成新的锂离子传输路径。
图2: 未来复合聚合物电解质的潜在研究方向
论文信息:
Filler-Integrated Composite Polymer Electrolyte for Solid-State Lithium Batteries
Shuailei Liu, Wenyi Liu, Deliang Ba, Yongzhi Zhao, Yihua Ye, Yuanyuan Li,* and Jinping Liu*
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202110423
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110423
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