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青能所崔光磊等《AFM》：首次报道尼龙基高粘弹性聚合物固态电解质！

来源：高分子科学前沿2020年05月11日

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众所皆知，稳定且兼容的电解质/电极异质界面在固态和柔性电池中至关重要。然而，连续的电化学循环和机械变形会导致结构错位和副反应的产生。因此，构建兼容的稳定界面且确保电池组件之间的准确接触是目前最重要的挑战之一。为应对这一挑战，中国科学院青岛生物能源与过程所崔光磊、赵井文和中科院大连化物所侯广进等人首次提出了定制高粘弹性的聚酰胺（PA，尼龙）基聚合物固体电解质来实现界面兼容的解决方案。具体来说，即通过高浓度双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂（LiTFSI）的水溶液解开了与氢牢固键合的PA大分子链，并将其再生为具有桥接阳离子-阴离子缔合的交联结构。这种精心设计的交联技术赋予了PA基电解质理想的机械特性，包括高粘弹性和可逆拉伸性。值得指出的是，这不仅是PA首次溶解在水溶液中，也是PA基粘弹性聚合物电解质的首次展示。该项工作表明通过重构经典聚合物的结构并开发功能性电解质，可以克服下一代固体电池的界面缺陷所带来的瓶颈。

本文亮点：

1、结合小角X射线散射（SAXS）、拉曼光谱、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和固态核磁共振（NMR）技术，证实了相关离子对（Li +-TFSI-）会插入到PA链间，通过Li +阳离子和酰基之间的配位以及在TFSI-阴离子和氨基之间的弱氢键形成链间关系。这种构象修饰的PA网络具有超高的粘弹性和可逆的可拉伸性。

2、更重要的是，链间离子缔合可减轻金属与酰基之间的相互作用，从而促进快速的离子传导（2.7×10-4 S cm-1）。也就是说，通过构建具有桥连阳离子和阴离子配位的交联结构来绕开了离子电导率和粘弹性模量之间的矛盾。这些特性使电极和电解质可以同步运动，即使在极端变形时也可以确保稳定的界面电荷转移。

3、PA基电解质还具有宽的电化学稳定性窗口（ > 3 V相对于Zn / Zn2 +），且在装有LiFePO4阴极和Zn金属阳极的电池经过400次循环后，仍然保留了82%的初始容量。作者进一步演示了基于PA电解质的柔性电池，其中同步的电解质/电极移动即使在极端变形（180°弯曲和5 MPa的压力）和电化学刺激下也能确保亲密且兼容的界面。这些结果为高级电池的开发提供了新的视角，为基于经典聚合物再生的电解质兼容界面工程铺平了道路。

参考文献：

Ionic‐Association‐Assisted Viscoelastic Nylon Electrolytes Enable SynchronouslyCoupled Interface for Solid Batteries. Adv. Funct. Mater. 2020, 2000347. DOI：10.1002/adfm.202000347

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000347

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