通过聚合物电解质中的氟化模式调控锂离子传输与溶剂化结构

《Advanced Functional Materials》：Tailoring Lithium-Ion Transport and Solvation Structure via Fluorination Patterns in Polymer Electrolytes

固态聚合物电解质基于聚氧化乙烯（PEO），氟化改性可提升锂离子传输和稳定性，但氟化模式控制困难需模拟研究。低氟化（F0F1等）增强聚合物-锂离子配位却限制离子移动；高氟化（F1F2等）虽促进链段运动但离子簇增多降低自由离子浓度。优化氟化模式可平衡配位与离子迁移，提升电池性能。

　　

摘要

基于聚环氧乙烷（PEO）的固态聚合物电解质是下一代锂离子电池（Li⁺电池）的有希望的候选材料，但它们存在锂离子传输数有限以及在高电压下稳定性不足的问题。氟化处理被证明是一种有效的化学改性方法，可以改善离子传输和电化学稳定性；然而，实验上很难精确控制氟化模式，因此需要进行模拟来评估其对锂离子传输的影响并指导氟化设计。在这项研究中，系统地研究了氟化PEO基电解质（F0F1、F0F2、F1F1、F1F2和F2F2），发现了两种不同的氟化类型——低氟化（F0F1、F0F2、F1F1）和高氟化（F1F2、F2F2）——这两种类型在溶剂化结构、离子聚集行为和离子动力学方面存在显著差异。低氟化类型的聚合物表现出较强的聚合物-锂离子（polymer–Li⁺）配位作用，尽管盐离子能够有效解离，但仍限制了离子的移动性。相比之下，高氟化类型的聚合物虽然具有快速的聚合物链段运动，但离子聚集现象严重，导致自由离子浓度降低，从而限制了导电性。最佳的氟化模式能够平衡这些相互竞争的因素，显著提高锂离子传输数和电解质的整体性能。这些发现为先进高性能聚合物电解质的合理设计提供了重要的理论依据。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。