固态聚合物电解质(SPEs)因其安全性、稳定性和可塑性强，非常适合锂离子电池的大规模生产，所以受到越来越多的关注。其中，机械性能和导电性是评估SPEs性能的两大重要指标。高的机械强度能够**锂枝晶的生长，降低锂电池的安全隐患。而导电率高则能直接提升锂电池的性能。但目前看来，高的机械强度和高的导电率是难以兼得的。高的机械强度需要聚合物的结晶度高，具有高的玻璃转变温度，而高的导电率则要求聚合物是非晶，玻璃转变温度低，能够参与离子运输的游离聚合物段多。所以，迫切需要寻求新的方法，以同时获得高的机械强度和离子电导率，而不是牺牲其中一个成就另一个。

基于此，上海交通大学化学化工学院金属基复合材料国家重点实验室的麦亦勇教授和周永丰教授研制出了聚离子液体基复合固体聚合物电解质材料(PPaB-MT)，试图使得到高机械强度和高离子导电率的固态聚合物电解质。

图1. 聚离子液体(PPaB-MT)的合成路径

（图片来源：Chem. Commun.）

文章先介绍了PPaB-MT的合成方法（图1），共分为四步：（i）硫醇环氧点击反应合成交替共聚物PPaB；（ii）将PPaB上的部分羟基转变为甲苯磺酸酯，缩写为PPaB-OTs；（iii）将1-甲基咪唑嫁接到PPaB，实现交替聚合物的离子液体化,其中甲苯磺基转变为阴离子OTs^-；（iv）利用离子交换法，用双(三氟甲磺酰)亚胺阴离子(TFSI^-)交换OTs^-。

图2. PPaB-MT/PVDFHFP/LiTFSI膜的机械性能和电化学性能表征

（图片来源：Chem. Commun.）

文章研究了不同聚离子液体(PIL)含量的PPaB-MT的机械强度和离子导电率。不同PIL含量（0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%）的PPaB-MT的应力-应变曲线、杨氏模量和**承载强度、热稳定性以及离子导电率的变化，如图2所示。随着PIL含量的增加，PPaB-MT的导电率逐渐上升，而且温度越高电导率越高，与此同时杨氏模量和**承载强度出现小幅下降。当PIL含量为50%时，PPaB-MT具有更高的离子导电率以及较高的机械强度。

图3. PPaB-MT/PVDFHFP/LiTFSI膜的TEM照片和纳米分相示意图

（图片来源：Chem. Commun.）

文章对于PPaB-MT能够同时获得较高的机械强度和离子导电率的机理进行了探究。研究结果表明，该性能归因于交联聚合物的纳米分相结构。交联聚合物提供了高的机械强度，而在两相界面的TFSI^-阴离子能够快速移动，从而提供高的离子导电率。

总而言之，本文优先展示了利用离子化交替共聚物结构在聚合物混合物中制备具有纳米分相的高性能SPEs的策略。

原文链接：

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